JP5986476B2 - Laser fusion apparatus and fusion generation method - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ核融合装置及び核融合生成方法に関する。 The present invention relates to a laser fusion apparatus and a fusion generation method.
非特許文献１〜３には、レーザ核融合に係る技術が開示されている。非特許文献１〜３のレーザ核融合では、球殻状のＣＤ球体に円錐状（特に、円錐の底面は開口であり、円錐の内部は空洞であり、円錐の先端は開口ではない。）の金コーンを取り付けたターゲットが用いられている。非特許文献１〜３の技術では、まず、ＣＤ球体の外表面のうち金コーンが取り付けられていない領域に圧縮用のレーザを照射することによって、ＣＤ球体を圧縮してＣＤ球体の内部においてプラズマを生成し、この圧縮の後に、金コーンの開口に向けて加熱用のレーザ光を照射し金コーンの内部において発生させる高速電子によって、ＣＤ球体の内部のプラズマを加熱する。 Non-Patent Documents 1 to 3 disclose techniques related to laser fusion. In laser fusion of Non-Patent Documents 1 to 3, a spherical shell-shaped CD sphere is conical (in particular, the bottom of the cone is an opening, the inside of the cone is a cavity, and the tip of the cone is not an opening). A target with a gold cone is used. In the techniques of Non-Patent Documents 1 to 3, first, the CD sphere is compressed by irradiating a compression laser to a region of the outer surface of the CD sphere where the gold cone is not attached, and plasma is generated inside the CD sphere. After this compression, the plasma inside the CD sphere is heated by high-speed electrons generated inside the gold cone by irradiating a laser beam for heating toward the opening of the gold cone.
非特許文献１〜３の技術では、金コーンを有するターゲットに供給するエネルギーは金コーンを介してターゲットの中心部のプラズマに供給されるので、ターゲットの中心部のプラズマに実際に供給されるエネルギーを制御する場合には金コーンによる影響を考慮しなければならず、複雑となる。そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、ターゲットの中心部のプラズマに供給されるエネルギーを比較的に容易に制御できるようにすることである。 In the techniques of Non-Patent Documents 1 to 3, the energy supplied to the target having the gold cone is supplied to the plasma at the center of the target via the gold cone, so that the energy actually supplied to the plasma at the center of the target When controlling the above, the influence of the gold cone must be taken into account, which is complicated. Accordingly, an object of the present invention has been made in view of the above matters, and is to make it relatively easy to control the energy supplied to the plasma at the center of the target.
本発明に係るレーザ核融合装置は、核融合反応を生じさせるターゲットシェルと、前記ターゲットシェルが核融合反応を起こすチャンバと、前記チャンバの内側の基準地点に前記ターゲットシェルを供給するターゲットシェル供給装置と、前記ターゲットシェル供給装置によって前記チャンバに供給された前記ターゲットシェルの状態を監視するターゲットシェル監視装置と、前記ターゲットシェルを圧縮するための圧縮用レーザ光を前記ターゲットシェルに向けて出力する圧縮用レーザ出力装置と、前記ターゲットシェルを加熱するための加熱用レーザ光を前記ターゲットシェルに向けて出力する加熱用レーザ出力装置と、前記ターゲットシェル供給装置と前記圧縮用レーザ出力装置と前記加熱用レーザ出力装置とを制御する制御装置と、を備え、前記ターゲットシェルは、中空の球殻状の形状を有し、前記ターゲットシェルの内側には、前記ターゲットシェルの内表面によって画定される略球状の空隙が設けられ、前記ターゲットシェルには、前記ターゲットシェルの外側と前記ターゲットシェルの内側の前記空隙とを繋ぐ少なくとも一つの貫通孔が設けられ、前記ターゲットシェルの外表面は、圧縮用レーザ光の照射が予定されている照射領域を含み、前記圧縮用レーザ出力装置は、前記ターゲットシェルを圧縮するための圧縮用レーザ光を出力する圧縮用レーザと、前記圧縮用レーザから出力される圧縮用レーザ光を前記ターゲットシェルの前記照射領域に向け集光する圧縮用集光光学装置と、を有し、前記加熱用レーザ出力装置は、前記ターゲットシェルを加熱するための加熱用レーザ光を出力する加熱用レーザと、前記加熱用レーザから出力される加熱用レーザ光を前記ターゲットシェルの前記貫通孔に向け集光する加熱用集光光学装置と、を有し、前記制御装置は、前記ターゲットシェルを前記チャンバに供給するよう前記ターゲットシェル供給装置を制御するターゲットシェル供給手段と、前記ターゲットシェル供給手段によって供給される前記ターゲットシェルが前記基準地点に到達する到達タイミングを前記ターゲットシェル監視装置による監視結果に基づいて算出し、前記到達タイミングに基づいて、前記圧縮用レーザが圧縮用レーザ光を出力する圧縮用レーザ光出力タイミングと、前記圧縮用レーザ光出力タイミングに続き前記加熱用レーザが加熱用レーザ光を出力する加熱用レーザ光出力タイミングと、を算出するタイミング算出手段と、前記圧縮用レーザから出力される圧縮用レーザ光が、前記タイミング算出手段によって算出された前記圧縮用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記照射領域に向けて集光されるように、前記圧縮用集光光学装置を前記ターゲットシェル監視装置による監視結果に基づいて制御し、前記加熱用レーザから出力される加熱用レーザ光が、前記タイミング算出手段によって算出された前記加熱用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記貫通孔に向けて集光されるように、前記加熱用集光光学装置を前記ターゲットシェル監視装置による監視結果に基づいて制御する集光手段と、前記集光手段によって前記圧縮用集光光学装置と前記加熱用集光光学装置とが制御された後に、前記タイミング算出手段によって算出された前記圧縮用レーザ光出力タイミングで圧縮用レーザ光を出力するよう前記圧縮用レーザを制御し、前記タイミング算出手段によって算出された前記加熱用レーザ光出力タイミングで加熱用レーザ光を出力するよう前記加熱用レーザを制御する出力手段と、を有する、ことを特徴とする。 A laser fusion apparatus according to the present invention includes a target shell that causes a fusion reaction, a chamber in which the target shell causes a fusion reaction, and a target shell supply apparatus that supplies the target shell to a reference point inside the chamber. A target shell monitoring device that monitors the state of the target shell supplied to the chamber by the target shell supply device, and a compression that outputs a compression laser beam for compressing the target shell toward the target shell Laser output device, a heating laser output device that outputs a laser beam for heating the target shell toward the target shell, the target shell supply device, the compression laser output device, and the heating A control device for controlling the laser output device; The target shell has a hollow spherical shell shape, and a substantially spherical void defined by an inner surface of the target shell is provided inside the target shell, At least one through-hole connecting the outside of the target shell and the gap inside the target shell is provided, and the outer surface of the target shell includes an irradiation region where irradiation of the compression laser beam is scheduled, The compression laser output device directs a compression laser that outputs a compression laser beam for compressing the target shell and a compression laser beam output from the compression laser toward the irradiation region of the target shell. A condensing optical device for compression for condensing, the heating laser output device for heating the target shell A heating laser that outputs a heating laser beam; and a heating condensing optical device that focuses the heating laser beam output from the heating laser toward the through-hole of the target shell, and The control device is configured to control a target shell supply unit that controls the target shell supply unit to supply the target shell to the chamber; and an arrival timing at which the target shell supplied by the target shell supply unit reaches the reference point. Calculated based on the monitoring result by the target shell monitoring device, and based on the arrival timing, the compression laser light output timing at which the compression laser outputs the compression laser light, and the compression laser light output timing. The heating laser beam output timing in which the heating laser outputs a heating laser beam And a timing calculation means for calculating the compression laser beam, and the compression laser light output from the compression laser is directed to the irradiation region of the target shell at the compression laser light output timing calculated by the timing calculation means. So that the condensing optical device for compression is controlled based on the monitoring result by the target shell monitoring device, and the heating laser light output from the heating laser is calculated by the timing calculating means. Condensation for controlling the condensing optical device for heating based on the monitoring result by the target shell monitoring device so that the light is condensed toward the through hole of the target shell at the output timing of the heating laser light. And the condensing optical device for compression and the condensing optical device for heating are controlled by the condensing device and the condensing device The compression laser is controlled to output compression laser light at the compression laser light output timing calculated by the timing calculation means, and heating is performed at the heating laser light output timing calculated by the timing calculation means. Output means for controlling the heating laser so as to output laser light.
本発明に係るレーザ核融合装置では、核融合反応を生じさせるターゲットとして、中空の球殻状の形状を有するターゲットシェルが用いられ、ターゲットシェルは、ターゲットシェルの外側とターゲットシェルの内側の空隙とを繋ぎ加熱用レーザ光をターゲットシェルの内側の空隙に導く少なくとも一つの貫通孔が設けられ、金コーンを有さない構成を有する。従って、加熱用レーザ光は従来のような金コーンを介さずに貫通孔によってターゲットシェルの内側の空隙に直接に案内されるので、金コーンによる影響を考慮する必要が無く、ターゲットシェルの中心部のプラズマに供給されるエネルギーが容易に制御可能となる。 In the laser fusion apparatus according to the present invention, a target shell having a hollow spherical shell shape is used as a target for causing a fusion reaction, and the target shell includes an outside of the target shell and a gap inside the target shell. And having at least one through hole for guiding the heating laser beam to the gap inside the target shell, and having no gold cone. Therefore, since the heating laser beam is guided directly to the gap inside the target shell by the through hole without passing through the gold cone as in the prior art, there is no need to consider the influence of the gold cone, and the center portion of the target shell The energy supplied to the plasma can be easily controlled.
本発明に係るレーザ核融合装置では、前記ターゲットシェルには、二つの前記貫通孔が設けられ、二つの前記貫通孔は、前記ターゲットシェルの中心を通る中心軸に沿って延びており、前記中心を挟んで互いに対向している、ことを特徴とする。二つの貫通孔が対向する位置に設けられているので、一方の貫通孔からターゲットシェルの内側にレーザ光が照射された場合に、このレーザ光によって、この貫通孔の開口付近にプラズマが発生しても、このプラズマから生じる電子が、ターゲットシェルの内表面であってこの貫通孔の開口に対向する側に衝突することが無く、よって、ターゲットシェルの内側において副次的なプラズマの発生が抑制できる。 In the laser fusion device according to the present invention, the target shell is provided with two through-holes, and the two through-holes extend along a central axis passing through the center of the target shell, It is characterized by being opposed to each other. Since the two through-holes are provided at opposing positions, when laser light is irradiated from one through-hole to the inside of the target shell, plasma is generated near the opening of the through-hole by this laser light. However, the electrons generated from the plasma do not collide with the inner surface of the target shell and the side facing the opening of the through hole, so that the generation of secondary plasma is suppressed inside the target shell. it can.
本発明に係るレーザ核融合装置では、前記ターゲットシェルは、重水素または三重水素を含む重合体である、ことを特徴とする。従って、ターゲットシェルは、重水素または三重水素を含むので、核融合を好適に発生させることができる。 In the laser fusion apparatus according to the present invention, the target shell is a polymer containing deuterium or tritium. Therefore, since the target shell contains deuterium or tritium, fusion can be suitably generated.
本発明に係る核融合生成方法は、核融合反応を生じさせるターゲットシェルをチャンバに供給する供給工程と、前記供給工程の後に、前記ターゲットシェルを圧縮するための圧縮用レーザ光と圧縮後の前記ターゲットシェルを加熱するための加熱用レーザ光とを照射するための準備をする準備工程と、前記準備工程の後に、圧縮用レーザ光と加熱用レーザ光とを順に前記ターゲットシェルに照射する照射工程と、を備え、前記ターゲットシェルは、中空の球殻状の形状を有し、前記ターゲットシェルの内側には、前記ターゲットシェルの内表面によって画定される略球状の空隙が設けられ、前記ターゲットシェルには、前記ターゲットシェルの外側と前記ターゲットシェルの内側の前記空隙とを繋ぐ少なくとも一つの貫通孔が設けられ、前記ターゲットシェルの外表面は、圧縮用レーザ光の照射が予定されている照射領域を含み、前記準備工程は、前記供給工程において前記チャンバに供給された前記ターゲットシェルの状態を監視しつつ、監視結果に基づいて、圧縮用レーザ光を出力する圧縮用レーザ光出力タイミングと加熱用レーザ光を出力する加熱用レーザ光出力タイミングとを算出する算出工程と、前記監視結果に基づいて、圧縮用レーザ光が、前記圧縮用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記照射領域に向け集光されるようにし、加熱用レーザ光が、前記加熱用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記貫通孔に向け集光されるようにする集光工程と、を有し、前記照射工程では、前記圧縮用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記照射領域に圧縮用レーザ光を照射し、圧縮用レーザ光の照射に続く前記加熱用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記貫通孔に加熱用レーザ光を照射する、ことを特徴とする。 The fusion generation method according to the present invention includes a supply step of supplying a target shell for causing a fusion reaction to a chamber, a compression laser beam for compressing the target shell after the supply step, and the compressed laser beam. A preparation step for preparing for irradiation with a heating laser beam for heating the target shell, and an irradiation step for sequentially irradiating the target shell with a compression laser beam and a heating laser beam after the preparation step. The target shell has a hollow spherical shell shape, and a substantially spherical void defined by an inner surface of the target shell is provided inside the target shell, and the target shell Is provided with at least one through hole that connects the outside of the target shell and the gap inside the target shell, The outer surface of the target shell includes an irradiation region where irradiation of the compression laser beam is scheduled, and the preparatory step monitors the state of the target shell supplied to the chamber in the supply step, Based on the calculation step of calculating the compression laser beam output timing for outputting the compression laser beam and the heating laser beam output timing for outputting the heating laser beam, and based on the monitoring result, the compression laser beam is The laser light is condensed toward the irradiation region of the target shell at the compression laser light output timing, and the heating laser light is condensed toward the through hole of the target shell at the heating laser light output timing. A condensing step to be performed, and in the irradiation step, the target shell is output at the compression laser beam output timing. The irradiation region is irradiated with a compression laser beam, and the laser beam for heating is irradiated to the through hole of the target shell at the output timing of the heating laser beam following the irradiation of the compression laser beam. .
本発明に係る核融合生成方法では、核融合反応を生じさせるターゲットとして、中空の球殻状の形状を有するターゲットシェルが用いられ、ターゲットシェルは、ターゲットシェルの外側とターゲットシェルの内側の空隙とを繋ぎ加熱用レーザ光をターゲットシェルの内側の空隙に導く少なくとも一つの貫通孔が設けられ、金コーンを有さない構成を有する。従って、加熱用レーザ光は従来のような金コーンを介さずに貫通孔によってターゲットシェルの内側の空隙に直接に案内されるので、金コーンによる影響を考慮する必要が無く、ターゲットシェルの中心部のプラズマに供給されるエネルギーが容易に制御可能となる。 In the fusion generating method according to the present invention, a target shell having a hollow spherical shell shape is used as a target for causing a fusion reaction, and the target shell includes an outside of the target shell and a void inside the target shell. And having at least one through hole for guiding the heating laser beam to the gap inside the target shell, and having no gold cone. Therefore, since the heating laser beam is guided directly to the gap inside the target shell by the through hole without passing through the gold cone as in the prior art, there is no need to consider the influence of the gold cone, and the center portion of the target shell The energy supplied to the plasma can be easily controlled.
本発明に係る核融合生成方法では、前記ターゲットシェルには、二つの前記貫通孔が設けられ、二つの前記貫通孔は、前記ターゲットシェルの中心を通る中心軸に沿って延びており、前記中心を挟んで互いに対向している、ことを特徴とする。二つの貫通孔が対向する位置に設けられているので、一方の貫通孔からターゲットシェルの内側にレーザ光が照射された場合に、このレーザ光によって、この貫通孔の開口付近にプラズマが発生しても、このプラズマから生じる電子が、ターゲットシェルの内表面であってこの貫通孔の開口に対向する側に衝突することが無く、よって、ターゲットシェルの内側において副次的なプラズマの発生が抑制できる。 In the nuclear fusion generation method according to the present invention, the target shell is provided with two through holes, and the two through holes extend along a central axis passing through the center of the target shell, and the center It is characterized by being opposed to each other. Since the two through-holes are provided at opposing positions, when laser light is irradiated from one through-hole to the inside of the target shell, plasma is generated near the opening of the through-hole by this laser light. However, the electrons generated from the plasma do not collide with the inner surface of the target shell and the side facing the opening of the through hole, so that the generation of secondary plasma is suppressed inside the target shell. it can.
本発明に係る核融合生成方法では、前記ターゲットシェルは、重水素または三重水素を含む重合体である、ことを特徴とする。従って、重水素または三重水素を含むので、核融合を好適に発生させることができる。 In the fusion production method according to the present invention, the target shell is a polymer containing deuterium or tritium. Therefore, since deuterium or tritium is contained, nuclear fusion can be suitably generated.
本発明によれば、ターゲットの中心部のプラズマに供給されるエネルギーを比較的に容易に制御できる。 According to the present invention, the energy supplied to the plasma at the center of the target can be controlled relatively easily.
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。まず、図１〜５を参照して、実施形態に係るレーザ核融合装置１の構成を説明する。図１〜５は、レーザ核融合装置１の構成を説明するための図である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, if possible, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. First, with reference to FIGS. 1-5, the structure of the laser fusion apparatus 1 which concerns on embodiment is demonstrated. 1 to 5 are diagrams for explaining the configuration of the laser fusion apparatus 1.
レーザ核融合装置１は、チャンバ２、ターゲットシェル供給装置３、ターゲットシェル監視装置４、圧縮用レーザ出力装置５ａ、圧縮用レーザ出力装置５ｂ、加熱用レーザ出力装置６、制御装置７、ターゲットシェルＴｇ１を備える。レーザ核融合装置１は、ターゲットシェルＴｇ１にレーザ光を照射することによってターゲットシェルＴｇ１の内部で核融合反応を生じさせる装置である。 The laser fusion device 1 includes a chamber 2, a target shell supply device 3, a target shell monitoring device 4, a compression laser output device 5a, a compression laser output device 5b, a heating laser output device 6, a control device 7, and a target shell Tg1. Is provided. The laser fusion apparatus 1 is an apparatus that causes a nuclear fusion reaction inside the target shell Tg1 by irradiating the target shell Tg1 with laser light.
チャンバ２は、ターゲットシェルＴｇ１が核融合反応を起こす空間領域を提供する。換言すれば、本実施形態において、ターゲットシェルＴｇ１の核融合反応は、チャンバ２の内側において生じる。チャンバ２の内側の気圧は、予め低減されて保持される。チャンバ２は、ターゲットシェル供給装置３からターゲットシェルＴｇ１の供給が可能な供給口を有する。チャンバ２は、圧縮用レーザ出力装置５ａ、圧縮用レーザ出力装置５ｂ、加熱用レーザ出力装置６のそれぞれから出力されるレーザ光を通す複数の窓を有する。チャンバ２は、ターゲットシェル監視装置４がターゲットシェル供給装置３によって供給されたターゲットシェルＴｇ１の状態を観察するための窓を有する。チャンバ２の内側には、基準地点ＲＰ１が予め設定されている。基準地点ＲＰ１は、ターゲットシェルＴｇ１の核融合反応の発生地点として用いられる。 The chamber 2 provides a spatial region where the target shell Tg1 undergoes a fusion reaction. In other words, in this embodiment, the fusion reaction of the target shell Tg1 occurs inside the chamber 2. The air pressure inside the chamber 2 is reduced and held in advance. The chamber 2 has a supply port through which the target shell Tg1 can be supplied from the target shell supply device 3. The chamber 2 has a plurality of windows through which laser beams outputted from the compression laser output device 5a, the compression laser output device 5b, and the heating laser output device 6 pass. The chamber 2 has a window for the target shell monitoring device 4 to observe the state of the target shell Tg1 supplied by the target shell supply device 3. Inside the chamber 2, a reference point RP1 is set in advance. The reference point RP1 is used as a generation point of the fusion reaction of the target shell Tg1.
ターゲットシェル供給装置３は、複数のターゲットシェルＴｇ１を格納する。ターゲットシェル供給装置３は、チャンバ２の内側の基準地点ＲＰ１にターゲットシェルＴｇ１を供給する。 The target shell supply device 3 stores a plurality of target shells Tg1. The target shell supply device 3 supplies the target shell Tg1 to the reference point RP1 inside the chamber 2.
ターゲットシェル監視装置４は、ターゲットシェル供給装置３によってチャンバ２に供給されたターゲットシェルＴｇ１の状態を監視する。ターゲットシェル監視装置４は、複数の２次元高速度カメラ及び複数の２次元Ｘ線カメラ等の何れかを有し、複数の２次元高速度カメラ及び複数の２次元Ｘ線カメラ等によって撮像されたターゲットシェルＴｇ１の画像を表す複数の画像データを制御装置７に送信する。 The target shell monitoring device 4 monitors the state of the target shell Tg1 supplied to the chamber 2 by the target shell supply device 3. The target shell monitoring device 4 includes any one of a plurality of two-dimensional high-speed cameras and a plurality of two-dimensional X-ray cameras, and is captured by a plurality of two-dimensional high-speed cameras and a plurality of two-dimensional X-ray cameras. A plurality of image data representing an image of the target shell Tg1 is transmitted to the control device 7.
圧縮用レーザ出力装置５ａは、ターゲットシェルＴｇ１を圧縮するための圧縮用レーザ光をターゲットシェルＴｇ１に向けて（進行方向Ｄ１に）出力する。圧縮用レーザ出力装置５ｂは、ターゲットシェルＴｇ１を圧縮するための圧縮用レーザ光をターゲットシェルＴｇ１に向けて（進行方向Ｄ２に）出力する。圧縮用レーザ出力装置５ａは、圧縮用レーザ５ａ１と圧縮用集光光学装置５ａ２とを有する。圧縮用レーザ出力装置５ｂは、圧縮用レーザ５ｂ１と圧縮用集光光学装置５ｂ２とを有する。圧縮用レーザ出力装置５ａと圧縮用レーザ出力装置５ｂとは、同一の構成を有する。圧縮用レーザ５ａ１と圧縮用レーザ５ｂ１とは、同一の構成（図２参照）を有する。圧縮用集光光学装置５ａ２と圧縮用集光光学装置５ｂ２とは、同一の構成を有する。圧縮用レーザ５ａ１と圧縮用レーザ５ｂ１とは、制御装置７による制御のもとで、ターゲットシェルＴｇ１を圧縮するための圧縮用レーザ光を出力する。圧縮用レーザ５ａ１が出力する圧縮用レーザ光と、圧縮用レーザ５ｂ１が出力する圧縮用レーザ光とは、同一の特性を有する。 The compression laser output device 5a outputs a compression laser beam for compressing the target shell Tg1 toward the target shell Tg1 (in the traveling direction D1). The compression laser output device 5b outputs a compression laser beam for compressing the target shell Tg1 toward the target shell Tg1 (in the traveling direction D2). The compression laser output device 5a includes a compression laser 5a1 and a compression condensing optical device 5a2. The compression laser output device 5b includes a compression laser 5b1 and a compression condensing optical device 5b2. The compression laser output device 5a and the compression laser output device 5b have the same configuration. The compression laser 5a1 and the compression laser 5b1 have the same configuration (see FIG. 2). The condensing optical device for compression 5a2 and the condensing optical device for compression 5b2 have the same configuration. The compression laser 5a1 and the compression laser 5b1 output a compression laser beam for compressing the target shell Tg1 under the control of the control device 7. The compression laser beam output from the compression laser 5a1 and the compression laser beam output from the compression laser 5b1 have the same characteristics.
圧縮用集光光学装置５ａ２は、圧縮用レーザ５ａ１から出力される圧縮用レーザ光をターゲットシェルＴｇ１の照射領域（図４及び図５に示す照射領域Ａｒ１等）に向け集光する。圧縮用集光光学装置５ｂ２は、圧縮用レーザ５ｂ１から出力される圧縮用レーザ光をターゲットシェルＴｇ１の照射領域（図４及び図５に示す照射領域Ａｒ２等）に向け集光する。圧縮用集光光学装置５ａ２と圧縮用集光光学装置５ｂ２とは、制御装置７による制御のもとで動作する。圧縮用集光光学装置５ａ２と圧縮用集光光学装置５ｂ２とは、同一の構成を有する。圧縮用集光光学装置５ａ２と圧縮用集光光学装置５ｂ２とは、何れも、モータ駆動する複数のミラー等を有する。複数のミラーの位置、傾斜等は、制御装置７による制御される。 The compression condensing optical device 5a2 condenses the compression laser light output from the compression laser 5a1 toward the irradiation region (such as the irradiation region Ar1 shown in FIGS. 4 and 5) of the target shell Tg1. The compression condensing optical device 5b2 condenses the compression laser light output from the compression laser 5b1 toward the irradiation region (such as the irradiation region Ar2 shown in FIGS. 4 and 5) of the target shell Tg1. The compression condensing optical device 5a2 and the compression condensing optical device 5b2 operate under the control of the control device 7. The condensing optical device for compression 5a2 and the condensing optical device for compression 5b2 have the same configuration. Each of the compression condensing optical device 5a2 and the compression condensing optical device 5b2 has a plurality of mirrors driven by a motor. The position, inclination, etc. of the plurality of mirrors are controlled by the control device 7.
圧縮用レーザ光の波長は、３００ｎｍ（ナノメートル）以上１μｍ（マイクロメートル）以下の範囲にある。圧縮用レーザ光のエネルギーは、圧縮用レーザ光のビーム毎に、１ｋＪ（キロジュール）以上１０ｋＪ（キロジュール）以下の範囲にある。圧縮用レーザ光の時間パルス幅は、数１００ｐｓ（ピコ秒）から数１０ｎｓ（ナノ秒）までの範囲にある。以下、時間パルス幅とは、レーザ光のエネルギーが、ピークパワーの１／ｅ２（＝０．１３５）（ｅ＝２．７１８）となる時間幅である。圧縮用レーザ光の時間波形は、ターゲットシェルＴｇ１を圧縮するために予め設計された波形（テーラードパルス波形）である。圧縮用レーザ光のピークパワーは、エネルギーの値を時間パルス幅で割った値（エネルギー／時間パルス幅）であり、１０ＧＷ（ギガワット）以上１００ＴＷ（テラワット）以下の範囲にある。圧縮用レーザ光の集光径は、ターゲットシェルＴｇ１の表面（外表面Ｓｆ１）において、圧縮用レーザ光の一のビームが照射された照射領域の直径であり、数１００μｍ（マイクロメートル）から数ｍｍ（ミリメートル）までの範囲である。圧縮用レーザ光の集光強度は、ピークパワーをターゲットシェル表面における照射領域の面積で割った値（ピークパワー／面積）であり、１×１０１１Ｗ／ｃｍ２以上１×１０１７Ｗ／ｃｍ２以下の範囲である。 The wavelength of the compression laser beam is in the range of 300 nm (nanometer) to 1 μm (micrometer). The energy of the compression laser beam is in the range of 1 kJ (kilojoule) or more and 10 kJ (kilojoule) or less for each beam of the compression laser beam. The time pulse width of the compression laser light is in the range from several hundreds ps (picoseconds) to several tens ns (nanoseconds). Hereinafter, the time pulse width is a time width at which the energy of the laser beam becomes 1 / e 2 (= 0.135) (e = 2.718) of the peak power. The time waveform of the compression laser beam is a waveform (tailored pulse waveform) designed in advance to compress the target shell Tg1. The peak power of the compression laser light is a value obtained by dividing the energy value by the time pulse width (energy / time pulse width), and is in the range of 10 GW (gigawatts) to 100 TW (terawatts). The condensing diameter of the compression laser light is a diameter of an irradiation region irradiated with one beam of the compression laser light on the surface (outer surface Sf1) of the target shell Tg1, and is several hundred μm (micrometer) to several mm. The range is up to (mm). The condensing intensity of the compression laser light is a value (peak power / area) obtained by dividing the peak power by the area of the irradiation region on the surface of the target shell, and is 1 × 10 11 W / cm 2 or more and 1 × 10 17 W / cm. The range is 2 or less.
加熱用レーザ出力装置６は、ターゲットシェルＴｇ１を加熱するための加熱用レーザ光をターゲットシェルＴｇ１に向けて（進行方向Ｄ３に）出力する。加熱用レーザ出力装置６は、加熱用レーザ６ａ１と加熱用集光光学装置６ａ２とを有する。 The heating laser output device 6 outputs a heating laser beam for heating the target shell Tg1 toward the target shell Tg1 (in the traveling direction D3). The heating laser output device 6 includes a heating laser 6a1 and a heating condensing optical device 6a2.
加熱用レーザ６ａ１は、制御装置７による制御のもとで、ターゲットシェルＴｇ１を加熱するための加熱用レーザ光を出力する。加熱用レーザ光の波長は、８００ｎｍ（ナノメートル）以上１μｍ（マイクロメートル）以下の範囲にある。加熱用レーザ光のエネルギーは、圧縮用レーザ光のビーム毎に、１ｋＪ（キロジュール）以上１０ｋＪ（キロジュール）以下の範囲にある。加熱用レーザ光の時間パルス幅は、１００ｆｓ（フェムト秒）から１０ｐｓ（ピコ秒）までの範囲にある。加熱用レーザ光の時間波形は、例えば、ガウシアン波形等であるが、他の波形であることもできる。加熱用レーザ光のピークパワーは、エネルギーの値を時間パルス幅で割った値（エネルギー／時間パルス幅）であり、１００ＴＷ（テラワット）以上１００ＰＷ（ペタワット）以下の範囲にある。加熱用レーザ光の集光径は、ターゲットシェルＴｇ１の表面（外表面Ｓｆ１であるが、実際には、ターゲットシェルＴｇ１の貫通孔Ｈ１の開口）において、加熱用レーザ光の一のビームが照射された照射領域の直径であり、数１０μｍ（マイクロメートル）から数１００μｍ（マイクロメートル）までの範囲である。加熱用レーザ光の集光強度は、ピークパワーをターゲットシェル表面における照射領域の面積で割った値（ピークパワー／面積）であり、１×１０１５Ｗ／ｃｍ２以上１×１０２２Ｗ／ｃｍ２以下の範囲である。 The heating laser 6a1 outputs a heating laser beam for heating the target shell Tg1 under the control of the control device 7. The wavelength of the laser beam for heating is in the range of 800 nm (nanometer) to 1 μm (micrometer). The energy of the heating laser beam is in the range of 1 kJ (kilojoule) or more and 10 kJ (kilojoule) or less for each beam of the compression laser beam. The time pulse width of the heating laser light is in the range from 100 fs (femtoseconds) to 10 ps (picoseconds). The time waveform of the heating laser beam is, for example, a Gaussian waveform or the like, but may be another waveform. The peak power of the heating laser beam is a value obtained by dividing the energy value by the time pulse width (energy / time pulse width), and is in the range of 100 TW (terawatts) to 100 PW (petawatts). The condensing diameter of the heating laser beam is such that one beam of the heating laser beam is irradiated on the surface of the target shell Tg1 (the outer surface Sf1, but actually the opening of the through hole H1 of the target shell Tg1). The diameter of the irradiated region is in the range from several tens of micrometers (micrometers) to several hundreds of micrometers (micrometers). The condensing intensity of the heating laser light is a value (peak power / area) obtained by dividing the peak power by the area of the irradiation region on the surface of the target shell, which is 1 × 10 15 W / cm 2 or more and 1 × 10 22 W / cm. The range is 2 or less.
加熱用集光光学装置６ａ２は、加熱用レーザ６ａ１から出力される加熱用レーザ光をターゲットシェルＴｇ１の貫通孔Ｈ１に向け集光する。加熱用集光光学装置６ａ２は、制御装置７による制御のもとで動作する。加熱用集光光学装置６ａ２は、モータ駆動する複数のミラー等を有する。複数のミラーの位置、傾斜等は、制御装置７による制御される。 The heating condensing optical device 6a2 condenses the heating laser light output from the heating laser 6a1 toward the through hole H1 of the target shell Tg1. The heating condensing optical device 6 a 2 operates under the control of the control device 7. The heating condensing optical device 6a2 has a plurality of mirrors driven by a motor. The position, inclination, etc. of the plurality of mirrors are controlled by the control device 7.
ターゲットシェル供給装置３、圧縮用集光光学装置５ａ２は、制御用の信号ラインＬ１ａを介して制御装置７に接続され、ターゲットシェル監視装置４、圧縮用集光光学装置５ｂ２、加熱用集光光学装置６ａ２は、制御用の信号ラインＬ１ｂを介して制御装置７に接続されている。圧縮用レーザ５ａ１、圧縮用レーザ５ｂ１、加熱用レーザ６ａ１は、レーザ出力用の信号ラインＬ２を介して制御装置７に接続されている。制御用の信号ラインＬ１ａと制御用の信号ラインＬ１ｂとは、寸法形状を除き、同一の構成を有する。 The target shell supply device 3 and the compression condensing optical device 5a2 are connected to the control device 7 via a control signal line L1a, and the target shell monitoring device 4, the compression condensing optical device 5b2, and the heating condensing optical device. The device 6a2 is connected to the control device 7 via a control signal line L1b. The compression laser 5a1, the compression laser 5b1, and the heating laser 6a1 are connected to the control device 7 via a signal line L2 for laser output. The control signal line L1a and the control signal line L1b have the same configuration except for the size and shape.
制御装置７は、ターゲットシェル供給装置３と、圧縮用レーザ出力装置５ａと、圧縮用レーザ出力装置５ｂと、加熱用レーザ出力装置６とを制御する。制御装置７は、ターゲットシェル監視装置４から送信される画像データを受け、この画像データに対し、予め設定された画像処理を予め設定されたタイミングで行い、この画像処理による結果に応じて、ターゲットシェル供給装置３と、圧縮用レーザ出力装置５ａと、圧縮用レーザ出力装置５ｂと、加熱用レーザ出力装置６とを制御する。制御装置７は、また、ターゲットシェル監視装置４の動作（オン・オフ、撮像、撮像された画像データの送信等）を制御する。 The control device 7 controls the target shell supply device 3, the compression laser output device 5 a, the compression laser output device 5 b, and the heating laser output device 6. The control device 7 receives the image data transmitted from the target shell monitoring device 4, performs a preset image processing on the image data at a preset timing, and sets the target according to the result of the image processing. The shell supply device 3, the compression laser output device 5a, the compression laser output device 5b, and the heating laser output device 6 are controlled. The control device 7 also controls the operation of the target shell monitoring device 4 (on / off, imaging, transmission of captured image data, etc.).
図２を参照して、圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１の構成を、説明する。図２に示すように、圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１は、何れも、レーザ発振器５１、波形制御装置５２、レーザ増幅器５３、波長変換装置５４を有する。レーザ発振器５１は、ターゲットシェルＴｇ１の圧縮に用いるパルス状のレーザ光を出力する。レーザ発振器５１から出力されるレーザ光は、波形制御装置５２、レーザ増幅器５３、波長変換装置５４によって圧縮用レーザ光に整形及び増幅される。波形制御装置５２は、レーザ発振器５１から出力されるレーザ光を、ターゲットシェルＴｇ１の圧縮に適したパルス波形（テーラードパルス波形）を有するにように整形して出力する。レーザ増幅器５３は、波形制御装置５２から出力されるレーザ光のエネルギーを増幅する。波長変換装置５４は、レーザ増幅器５３から出力される増幅後のレーザ光を、ターゲットシェルＴｇ１の圧縮に適した波長を有するように変換し、圧縮用レーザ光として出力する。波長変換装置５４から出力されるレーザ光は、圧縮用レーザ出力装置５ａの場合には圧縮用集光光学装置５ａ２に出力され、圧縮用レーザ出力装置５ｂの場合には圧縮用集光光学装置５ｂ２に出力される。 The configuration of the compression laser 5a1 and the compression laser 5b1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, each of the compression laser 5a1 and the compression laser 5b1 includes a laser oscillator 51, a waveform control device 52, a laser amplifier 53, and a wavelength conversion device 54. The laser oscillator 51 outputs a pulsed laser beam used for compressing the target shell Tg1. Laser light output from the laser oscillator 51 is shaped and amplified into compression laser light by the waveform control device 52, the laser amplifier 53, and the wavelength conversion device 54. The waveform control device 52 shapes and outputs the laser light output from the laser oscillator 51 so as to have a pulse waveform (tailored pulse waveform) suitable for compression of the target shell Tg1. The laser amplifier 53 amplifies the energy of the laser beam output from the waveform control device 52. The wavelength converter 54 converts the amplified laser light output from the laser amplifier 53 so as to have a wavelength suitable for compression of the target shell Tg1, and outputs it as a compression laser light. In the case of the compression laser output device 5a, the laser light output from the wavelength conversion device 54 is output to the compression condensing optical device 5a2, and in the case of the compression laser output device 5b, the compression condensing optical device 5b2. Is output.
図２を参照して、加熱用レーザ６ａ１の構成を、説明する。図２に示すように、加熱用レーザ６ａ１は、レーザ発振器６１、パルス伸長器６２、波形制御装置６３、レーザ増幅器６４、パルス圧縮器６５を有する。レーザ発振器６１は、ターゲットシェルＴｇ１の加熱に用いるパルス状のレーザ光を出力する。レーザ発振器６１から出力されるレーザ光は、パルス伸長装置６２、波形制御装置６３、レーザ増幅器６４、パルス圧縮器６５によって加熱用レーザ光に整形及び増幅される。パルス伸長器６２は、レーザ発振器６１から出力されるパルス状のレーザ光のパルス時間幅を伸長する。パルス伸長器６２によるパルス時間幅の伸長によってレーザ光のピーク強度が低減されるので、パルス伸長器６２の後段に設けられたレーザ増幅器６４において、レーザ光の光学損傷が低減される。波形制御装置６３は、レーザ発振器６１から出力されるレーザ光を、ターゲットシェルＴｇ１の加熱に適したパルス波形を有するにように整形（例えば、プリプラズマの形成を抑制する等）して出力する。レーザ増幅器６４は、波形制御装置６３から出力されるレーザ光のエネルギーを増幅する。パルス圧縮器６５は、レーザ増幅器６４から出力される増幅後のレーザ光のパルス時間幅を短縮する。パルス圧縮器６５によるパルス時間幅の短縮によってレーザ光のピーク強度が増加される。パルス圧縮器６５から出力されるレーザ光は、加熱用集光光学装置６ａ２に入力する。 The configuration of the heating laser 6a1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the heating laser 6 a 1 includes a laser oscillator 61, a pulse stretcher 62, a waveform controller 63, a laser amplifier 64, and a pulse compressor 65. The laser oscillator 61 outputs a pulsed laser beam used for heating the target shell Tg1. The laser beam output from the laser oscillator 61 is shaped and amplified into a heating laser beam by the pulse stretcher 62, the waveform controller 63, the laser amplifier 64, and the pulse compressor 65. The pulse stretcher 62 extends the pulse time width of the pulsed laser light output from the laser oscillator 61. Since the peak intensity of the laser beam is reduced by extending the pulse time width by the pulse stretcher 62, optical damage of the laser beam is reduced in the laser amplifier 64 provided at the subsequent stage of the pulse stretcher 62. The waveform control device 63 shapes the laser beam output from the laser oscillator 61 so as to have a pulse waveform suitable for heating the target shell Tg1 (for example, suppresses the formation of pre-plasma) and outputs the laser beam. The laser amplifier 64 amplifies the energy of the laser beam output from the waveform control device 63. The pulse compressor 65 shortens the pulse time width of the amplified laser beam output from the laser amplifier 64. The peak intensity of the laser light is increased by shortening the pulse time width by the pulse compressor 65. The laser beam output from the pulse compressor 65 is input to the heating condensing optical device 6a2.
制御装置７の構成を、図３及び図６を参照して説明する。制御装置７は、物理的には、例えば、ＣＰＵ、メモリ、通信装置等を備える。制御装置７のＣＰＵは、制御装置７のメモリに格納されているコンピュータプログラムを実行することにより、制御装置７を統括的に制御する。制御装置７のメモリに格納されているコンピュータプログラムは、例えば、図６のフローチャートを実行するためのコンピュータプログラムである。制御装置７のメモリには、コンピュータプログラムの実行に必要な各種のデータ（例えば、ターゲットシェル監視装置４、圧縮用レーザ出力装置５ａ、圧縮用レーザ出力装置５ｂ、加熱用レーザ出力装置６の各種の動作タイミングを示すデータ等）が格納されている。制御装置７は、機能的には、例えば、図３に示すターゲットシェル供給手段７ａ、タイミング算出手段７ｂ、集光手段７ｃ、出力手段７ｄを有する。ターゲットシェル供給手段７ａ、タイミング算出手段７ｂ、集光手段７ｃ、出力手段７ｄは、制御装置７のＣＰＵが制御装置７のメモリに格納されたコンピュータプログラムを実行し、図１に示す制御装置７の各構成部を動作させることによって実現される機能である。制御装置７のＣＰＵは、制御装置７のメモリに格納されたコンピュータプログラムを実行し、ターゲットシェル供給手段７ａ、タイミング算出手段７ｂ、集光手段７ｃ、出力手段７ｄを用いることによって、図６のフローチャートに示す処理を実行する。制御装置７は、ターゲットシェル供給装置３、ターゲットシェル監視装置４、圧縮用レーザ出力装置５ａ、圧縮用レーザ出力装置５ｂ、加熱用レーザ出力装置６を用いて、チャンバ２の内側を移動するターゲットシェル（ターゲットシェルＴｇ１等）の姿勢や場所の変化に対し、追従して、圧縮用レーザ光（圧縮用レーザ光ＬＳ１等）と加熱用レーザ光（加熱用レーザ光ＬＳ３等）とを、このターゲットシェルに照射することができる。 The structure of the control apparatus 7 is demonstrated with reference to FIG.3 and FIG.6. The control device 7 physically includes, for example, a CPU, a memory, a communication device, and the like. The CPU of the control device 7 comprehensively controls the control device 7 by executing a computer program stored in the memory of the control device 7. The computer program stored in the memory of the control device 7 is, for example, a computer program for executing the flowchart of FIG. The memory of the control device 7 stores various data necessary for execution of the computer program (for example, various data such as the target shell monitoring device 4, the compression laser output device 5a, the compression laser output device 5b, and the heating laser output device 6). Data indicating operation timing, etc.) are stored. Functionally, the control device 7 includes, for example, a target shell supply unit 7a, a timing calculation unit 7b, a light collection unit 7c, and an output unit 7d shown in FIG. The target shell supply unit 7a, the timing calculation unit 7b, the light collection unit 7c, and the output unit 7d execute the computer program stored in the memory of the control device 7 by the CPU of the control device 7, and the control device 7 shown in FIG. This is a function realized by operating each component. The CPU of the control device 7 executes the computer program stored in the memory of the control device 7, and uses the target shell supply means 7a, the timing calculation means 7b, the light condensing means 7c, and the output means 7d, whereby the flowchart of FIG. The process shown in is executed. The control device 7 uses the target shell supply device 3, the target shell monitoring device 4, the compression laser output device 5 a, the compression laser output device 5 b, and the heating laser output device 6 to move the target shell inside the chamber 2. Following the change in the orientation and location of the target shell Tg1 and the like, the compression laser beam (compression laser beam LS1 and the like) and the heating laser beam (heating laser beam LS3 and the like) Can be irradiated.
ターゲットシェル供給手段７ａは、ターゲットシェルＴｇ１をチャンバ２の内側の基準地点ＲＰ１に供給するようターゲットシェル供給装置３を制御する。タイミング算出手段７ｂは、ターゲットシェル供給装置３によって供給されるターゲットシェルＴｇ１が基準地点ＲＰ１に到達する到達タイミングをターゲットシェル監視装置４による監視結果に基づいて算出し、到達タイミングに基づいて、圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１が圧縮用レーザ光を出力する圧縮用レーザ光出力タイミングと、圧縮用レーザ光出力タイミングに続き加熱用レーザ６ａ１が加熱用レーザ光を出力する加熱用レーザ光出力タイミングと、を算出する。集光手段７ｃは、圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１から出力される圧縮用レーザ光が、タイミング算出手段７ｂによって算出された圧縮用レーザ光出力タイミングでターゲットシェルＴｇ１の照射領域Ａｒ１及び照射領域Ａｒ２に向けて集光されるように、圧縮用集光光学装置５ａ２及び圧縮用集光光学装置５ｂ２をターゲットシェル監視装置４による監視結果に基づいて制御し、加熱用レーザ６ａ１から出力される加熱用レーザ光が、タイミング算出手段７ｂによって算出された加熱用レーザ光出力タイミングでターゲットシェルＴｇ１の貫通孔Ｈ１に向けて集光されるように、加熱用集光光学装置６ａ２をターゲットシェル監視装置４による監視結果に基づいて制御する。出力手段７ｄは、集光手段７ｃによって、圧縮用集光光学装置５ａ２及び圧縮用集光光学装置５ｂ２と、加熱用集光光学装置６ａ２とが制御された後に、タイミング算出手段７ｂによって算出された圧縮用レーザ光出力タイミングで圧縮用レーザ光を出力するよう圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１を制御し、タイミング算出手段７ｂによって算出された加熱用レーザ光出力タイミングで加熱用レーザ光を出力するよう加熱用レーザ６ａ１を制御する。 The target shell supply means 7a controls the target shell supply device 3 so as to supply the target shell Tg1 to the reference point RP1 inside the chamber 2. The timing calculation means 7b calculates the arrival timing at which the target shell Tg1 supplied by the target shell supply device 3 reaches the reference point RP1 based on the monitoring result by the target shell monitoring device 4, and uses the compression timing based on the arrival timing. The laser beam output timing for outputting the laser beam for compression by the laser 5a1 and the laser for compression 5b1, and the laser beam output timing for outputting the laser beam for heating by the heating laser 6a1 following the laser beam output timing for compression , Is calculated. The condensing unit 7c is configured so that the compression laser light output from the compression laser 5a1 and the compression laser 5b1 is irradiated with the irradiation region Ar1 and the irradiation region of the target shell Tg1 at the compression laser light output timing calculated by the timing calculation unit 7b. The condensing optical device 5a2 for compression and the condensing optical device 5b2 for compression are controlled based on the monitoring result by the target shell monitoring device 4 so that the light is condensed toward Ar2, and the heating output from the heating laser 6a1 The condensing optical device for heating 6a2 is focused on the target shell monitoring device 4 so that the laser light for condensing is condensed toward the through hole H1 of the target shell Tg1 at the heating laser light output timing calculated by the timing calculating means 7b. Control based on the monitoring results. The output unit 7d is calculated by the timing calculation unit 7b after the condensing unit 7c controls the compression condensing optical device 5a2, the compression condensing optical device 5b2, and the heating condensing optical device 6a2. The compression laser 5a1 and the compression laser 5b1 are controlled to output the compression laser light at the compression laser light output timing, and the heating laser light is output at the heating laser light output timing calculated by the timing calculation means 7b. The heating laser 6a1 is controlled.
図４を参照して、ターゲットシェルＴｇ１の構成について説明する。図４の（Ａ）部に示す図は、ターゲットシェルＴｇ１の外観を示す図である。図４の（Ｂ）部に示す図は、図４の（Ａ）部に示すＩ−Ｉ線に沿ってとられたターゲットシェルＴｇ１の断面図である。図４の（Ｃ）部に示す図は、図４の（Ａ）部に示すＩＩ−ＩＩ線に沿ってとられたターゲットシェルＴｇ１の断面図である。ターゲットシェルＴｇ１は、中空の球殻状の形状を有する。ターゲットシェルＴｇ１は、外表面Ｓｆ１と内表面Ｓｆ２とを有する。ターゲットシェルＴｇ１の内側には、ターゲットシェルＴｇ１の内表面Ｓｆ２によって画定される略球状の空隙Ｓｐが設けられている。ターゲットシェルＴｇ１には、ターゲットシェルＴｇ１の外側とターゲットシェルＴｇ１の内側の空隙Ｓｐとを繋ぐ貫通孔Ｈ１が設けられている。ターゲットシェルＴｇ１の外表面Ｓｆ１は、圧縮用レーザ光の照射が予定されている照射領域Ａｒ１及び照射領域Ａｒ２を含む。貫通孔Ｈ１は、加熱用レーザ光ＬＳ３を空隙Ｓｐに導く。なお、ターゲットシェルＴｇ１等のターゲットシェルは、圧縮用レーザ光の照射が予定されている照射領域として、照射領域Ａｒ１及び照射領域Ａｒ２の他に更に複数の照射領域を含んでも良いし、貫通孔Ｈ１の他に更に一又は複数の貫通孔を有していても良い。この空隙には、核融合反応の原料となる液体状もしくは固体状の重水素や三重水素が充填さていても良い。また、その核融合原料は２０ケルビンほどに冷却されていても良い。 The configuration of the target shell Tg1 will be described with reference to FIG. The diagram shown in part (A) of FIG. 4 is a diagram showing the appearance of the target shell Tg1. 4B is a cross-sectional view of the target shell Tg1 taken along line II shown in FIG. 4A. 4C is a cross-sectional view of the target shell Tg1 taken along the line II-II shown in FIG. 4A. The target shell Tg1 has a hollow spherical shell shape. The target shell Tg1 has an outer surface Sf1 and an inner surface Sf2. Inside the target shell Tg1, a substantially spherical void Sp defined by the inner surface Sf2 of the target shell Tg1 is provided. The target shell Tg1 is provided with a through hole H1 that connects the outside of the target shell Tg1 and the gap Sp inside the target shell Tg1. The outer surface Sf1 of the target shell Tg1 includes an irradiation region Ar1 and an irradiation region Ar2 where irradiation with the compression laser light is scheduled. The through hole H1 guides the heating laser beam LS3 to the gap Sp. Note that the target shell such as the target shell Tg1 may further include a plurality of irradiation regions in addition to the irradiation region Ar1 and the irradiation region Ar2 as the irradiation region scheduled to be irradiated with the compression laser light, and the through hole H1. In addition, one or more through holes may be provided. This void may be filled with liquid or solid deuterium or tritium as a raw material for the fusion reaction. Moreover, the fusion raw material may be cooled to about 20 Kelvin.
ターゲットシェルＴｇ１は、炭素原子と、水素、重水素及び三重水素の少なくとも一つの種類の原子とから成る重合体である。例えば、ターゲットシェルＴｇ１は、Ｃ８Ｈ８、Ｃ８Ｄ８、Ｃ８Ｔ８等の重合体である。Ｃは炭素原子を表し、Ｈは水素原子を表し、Ｄは重水素原子を表し、Ｔは三重水素原子を表している。ターゲットシェルＴｇ１の直径は、１００μｍ以上数ｍｍ以下の範囲であり、より好ましくは４８０μｍ以上５２０μｍ以下の範囲である。ターゲットシェルＴｇ１の外表面Ｓｆ１と内表面Ｓｆ２との間の距離（換言すれば、ターゲットシェルＴｇ１の殻の厚み）は、１μｍ以上１ｍｍ以下の範囲であり、より好ましくは６．８μｍ以上７．２μｍ以下の範囲である。貫通孔Ｈ１の直径は、１０μｍ以上１ｍｍ以下の範囲であり、より好ましくは２４５μｍ以上２５５μｍ以下の範囲である。 The target shell Tg1 is a polymer composed of carbon atoms and at least one kind of atoms of hydrogen, deuterium and tritium. For example, the target shell Tg1 is a polymer such as C 8 H 8 , C 8 D 8 , C 8 T 8 or the like. C represents a carbon atom, H represents a hydrogen atom, D represents a deuterium atom, and T represents a tritium atom. The diameter of the target shell Tg1 is in the range of 100 μm to several mm, and more preferably in the range of 480 μm to 520 μm. The distance between the outer surface Sf1 and the inner surface Sf2 of the target shell Tg1 (in other words, the thickness of the shell of the target shell Tg1) is in the range of 1 μm to 1 mm, more preferably 6.8 μm to 7.2 μm. The range is as follows. The diameter of the through hole H1 is in the range of 10 μm to 1 mm, more preferably in the range of 245 μm to 255 μm.
なお、ターゲットシェルＴｇ１の代わりに、図５に示すターゲットシェルＴｇ２が用いられても良い。図５の（Ａ）部に示す図は、ターゲットシェルＴｇ２の外観を示す図である。図５の（Ｂ）部に示す図は、図５の（Ａ）部に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ってとられたターゲットシェルＴｇ２の断面図である。図５の（Ｃ）部に示す図は、図５の（Ａ）部に示すＩＶ−ＩＶ線に沿ってとられたターゲットシェルＴｇ２の断面図である。ターゲットシェルＴｇ２は、ターゲットシェルＴｇ１の構成に加えて、貫通孔Ｈ２が更に設けられており、ターゲットシェルＴｇ１とターゲットシェルＴｇ２との構成上の相違は、この点のみである。すなわち、ターゲットシェルＴｇ１は、貫通孔Ｈ１を有し、ターゲットシェルＴｇ２は、貫通孔Ｈ１及び貫通孔Ｈ２を有する。貫通孔Ｈ１の寸法・形状は、貫通孔Ｈ２の寸法・形状と同一である。貫通孔Ｈ１及び貫通孔Ｈ２は、ターゲットシェルＴｇ２の中心Ｃｔを通る中心軸Ａｘに沿って延びており、中心Ｃｔを挟んで互いに対向している。貫通孔Ｈ１の二つの開口は、中心軸Ａｘに交差している。貫通孔Ｈ２の二つの開口は、中心軸Ａｘに交差している。 Note that a target shell Tg2 shown in FIG. 5 may be used instead of the target shell Tg1. The diagram shown in part (A) of FIG. 5 is a diagram showing the appearance of the target shell Tg2. 5B is a cross-sectional view of the target shell Tg2 taken along the line III-III shown in FIG. 5A. The diagram shown in part (C) of FIG. 5 is a cross-sectional view of the target shell Tg2 taken along line IV-IV shown in part (A) of FIG. The target shell Tg2 is further provided with a through hole H2 in addition to the configuration of the target shell Tg1, and this is the only difference in configuration between the target shell Tg1 and the target shell Tg2. That is, the target shell Tg1 has a through hole H1, and the target shell Tg2 has a through hole H1 and a through hole H2. The size and shape of the through hole H1 are the same as the size and shape of the through hole H2. The through hole H1 and the through hole H2 extend along the central axis Ax passing through the center Ct of the target shell Tg2, and face each other across the center Ct. The two openings of the through hole H1 intersect the central axis Ax. The two openings of the through hole H2 intersect the central axis Ax.
なお、ターゲットシェルＴｇ１及びターゲットシェルＴｇ２は、それぞれ、圧縮用レーザ光ＬＳ１の照射が予定されている照射領域Ａｒ１と圧縮用レーザ光ＬＳ２の照射が予定されている照射領域Ａｒ２とを有するが、圧縮用レーザ光は、３本以上であっても良く、１０００本程度の圧縮用レーザ光の照射が可能である。圧縮用レーザ光の追加は、圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２のように、ターゲットシェルＴｇ１の中心Ｃｔを挟んで同軸（中心軸Ａｘ）上に対向して入射する２本の圧縮用レーザ光を一組として、２本毎に追加されることができる。また、圧縮用レーザ光を１本毎に追加することもできる。圧縮用レーザ光の数に応じて、圧縮用レーザ光の数と同数の圧縮用レーザ出力装置（圧縮用レーザ出力装置５ａ及び圧縮用レーザ出力装置５ｂに対応）が設けられる。 Each of the target shell Tg1 and the target shell Tg2 has an irradiation region Ar1 that is scheduled to be irradiated with the compression laser light LS1 and an irradiation region Ar2 that is scheduled to be irradiated with the compression laser light LS2. Three or more laser beams may be used, and about 1000 laser beams for compression can be irradiated. The compression laser beam is added by two compression laser beams incident on the same axis (center axis Ax) across the center Ct of the target shell Tg1 like the compression laser beam LS1 and the compression laser beam LS2. One set of laser beams can be added every two. It is also possible to add one compression laser beam. Depending on the number of compression laser beams, the same number of compression laser output devices as the number of compression laser beams (corresponding to the compression laser output device 5a and the compression laser output device 5b) are provided.
ターゲットシェルＴｇ１及びターゲットシェルＴｇ２には、貫通孔Ｈ１や貫通孔Ｈ２に限らず、更に多くの貫通孔が設けられても良い。貫通孔の追加は、貫通孔Ｈ１及び貫通孔Ｈ２のように、ターゲットシェルＴｇ２の中心Ｃｔを挟んで同軸（中心軸Ａｘ）上に対向する二つの貫通孔を一組として、２つの貫通孔毎に追加されることができる。また、貫通孔を１つ毎に追加することもできる。貫通孔の数以下の数の加熱用レーザ光を供給することができる。加熱用レーザ光は、２本以上であっても良く、１００本程度の加熱用レーザ光の照射が可能である。加熱用レーザ光の数に応じて、加熱用レーザ光の数と同数の加熱用レーザ出力装置（加熱用レーザ出力装置６に対応）が設けられる。 The target shell Tg1 and the target shell Tg2 are not limited to the through hole H1 and the through hole H2, and more through holes may be provided. The addition of the through-holes is performed by setting two through-holes facing each other on the same axis (center axis Ax) across the center Ct of the target shell Tg2 as in the case of the through-holes H1 and H2. Can be added to. Moreover, a through-hole can also be added for every one. A number of heating laser beams equal to or less than the number of through holes can be supplied. The number of heating laser beams may be two or more, and irradiation of about 100 heating laser beams is possible. Depending on the number of heating laser beams, the same number of heating laser output devices (corresponding to the heating laser output devices 6) as the number of heating laser beams are provided.
次に、図６を参照して、レーザ核融合装置１を用いた核融合生成方法について説明する。まず、ステップＳ１において、制御装置７のターゲットシェル供給手段７ａがターゲットシェル供給装置３を制御することによって、核融合反応を生じさせるターゲットシェルＴｇ１を、チャンバ２に供給する（ステップＳ１：供給工程）。 Next, a fusion generation method using the laser fusion apparatus 1 will be described with reference to FIG. First, in step S1, the target shell supply means 7a of the control device 7 controls the target shell supply device 3 to supply the target shell Tg1 that causes a nuclear fusion reaction to the chamber 2 (step S1: supply step). .
ステップＳ１に引き続き、制御装置７のタイミング算出手段７ｂと制御装置７の集光手段７ｃとが、ターゲットシェルＴｇ１を圧縮するための圧縮用レーザ光と圧縮後のターゲットシェルＴｇ１を加熱するための加熱用レーザ光とを照射するための準備をする（ステップＳ２：準備工程）。ステップＳ２に引き続き、制御装置７の出力手段７ｄは、圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１と、加熱用レーザ６ａ１とを制御することによって、圧縮用レーザ光と加熱用レーザ光とを順にターゲットシェルＴｇ１に照射する（ステップＳ３：照射工程）。ステップＳ３をより詳細に説明する。ステップＳ３では、制御装置７の出力手段７ｄが圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１を制御することによって、後述のステップＳ２ａにおいてタイミング算出手段７ｂによって算出される圧縮用レーザ光出力タイミングでターゲットシェルＴｇ１の照射領域Ａｒ１及び照射領域Ａｒ２に圧縮用レーザ光を照射し、制御装置７の出力手段７ｄが加熱用レーザ６ａ１を制御することによって、後述のステップＳ２ａにおいてタイミング算出手段７ｂによって算出され圧縮用レーザ光の照射に続く加熱用レーザ光出力タイミングで、ターゲットシェルＴｇ１の貫通孔Ｈ１に加熱用レーザ光を照射する。 Subsequent to step S1, the timing calculation means 7b of the control device 7 and the condensing means 7c of the control device 7 heat the compression laser light for compressing the target shell Tg1 and the target shell Tg1 after compression. Preparation for irradiating with a laser beam for use (step S2: preparation step). Subsequent to step S2, the output means 7d of the control device 7 controls the compression laser 5a1, the compression laser 5b1, and the heating laser 6a1 to sequentially turn the compression laser beam and the heating laser beam into the target shell. Irradiate Tg1 (step S3: irradiation step). Step S3 will be described in more detail. In step S3, the output means 7d of the control device 7 controls the compression laser 5a1 and the compression laser 5b1, so that the target shell Tg1 is output at the compression laser light output timing calculated by the timing calculation means 7b in step S2a described later. The irradiation region Ar1 and the irradiation region Ar2 are irradiated with compression laser light, and the output means 7d of the control device 7 controls the heating laser 6a1, so that the compression laser is calculated by the timing calculation means 7b in step S2a described later. The laser beam for heating is irradiated to the through hole H1 of the target shell Tg1 at the output timing of the laser beam for heating subsequent to the light irradiation.
ステップＳ２は、更に、ステップＳ２ａとステップＳ２ｂとを有する。ステップＳ２ａでは、ステップＳ１においてターゲットシェル供給装置３によってチャンバ２に供給されたターゲットシェルＴｇ１の状態をターゲットシェル監視装置４が監視しつつ、制御装置７のタイミング算出手段７ｂが、ターゲットシェル監視装置４による監視結果に基づいて、圧縮用レーザ５ａ１と圧縮用集光光学装置５ｂ２とが圧縮用レーザ光を出力する圧縮用レーザ光出力タイミングと加熱用レーザ６ａ１が加熱用レーザ光を出力する加熱用レーザ光出力タイミングとを算出する（ステップＳ２ａ：算出工程）。 Step S2 further includes steps S2a and S2b. In step S2a, the target shell monitoring device 4 monitors the state of the target shell Tg1 supplied to the chamber 2 by the target shell supply device 3 in step S1, and the timing calculating means 7b of the control device 7 The compression laser beam output timing when the compression laser 5a1 and the compression condensing optical device 5b2 output the compression laser beam and the heating laser output by the heating laser 6a1 based on the monitoring result by The optical output timing is calculated (step S2a: calculation step).
ステップＳ２ｂでは、ターゲットシェル監視装置４による監視結果に基づいて制御装置７の集光手段７ｃが圧縮用集光光学装置５ａ２と圧縮用集光光学装置５ｂ２とを制御することによって、圧縮用レーザ５ａ１から出力される圧縮用レーザ光が圧縮用レーザ光出力タイミングでターゲットシェルＴｇ１の照射領域Ａｒ１に向け集光されるようにし、圧縮用レーザ５ｂ１から出力される圧縮用レーザ光が圧縮用レーザ光出力タイミング（圧縮用レーザ５ａ１における圧縮用レーザ光出力タイミングと同一のタイミング）でターゲットシェルＴｇ１の照射領域Ａｒ２に向け集光されるようにし、更に、ターゲットシェル監視装置４による監視結果に基づいて制御装置７の集光手段７ｃが加熱用集光光学装置６ａ２を制御することによって、加熱用レーザ６ａ１から出力される加熱用レーザ光が、加熱用レーザ光出力タイミング（圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１における圧縮用レーザ光出力タイミングに引き続くタイミング）でターゲットシェルＴｇ１の貫通孔Ｈ１に向け集光されるようにする（ステップＳ２ｂ：集光工程）。 In step S2b, the condensing means 7c of the control device 7 controls the compression condensing optical device 5a2 and the compression condensing optical device 5b2 based on the monitoring result by the target shell monitoring device 4, thereby compressing the laser 5a1 for compression. The laser beam for compression output from the laser beam is condensed toward the irradiation region Ar1 of the target shell Tg1 at the timing of output of the laser beam for compression, and the laser beam for compression output from the laser for compression 5b1 is output as the laser beam for compression. The light is condensed toward the irradiation region Ar2 of the target shell Tg1 at the timing (same timing as the compression laser light output timing in the compression laser 5a1), and further, the control device based on the monitoring result by the target shell monitoring device 4 7 condensing means 7c controls the condensing optical device 6a2 for heating, thereby heating The heating laser beam output from the laser 6a1 is collected toward the through hole H1 of the target shell Tg1 at the heating laser beam output timing (timing subsequent to the compression laser beam output timing in the compression laser 5a1 and the compression laser 5b1). It is made to shine (step S2b: condensing process).
図７及び図８を参照して、ステップＳ３について、更に、詳細に説明する。図７は、圧縮用レーザ光のエネルギーの時間波形（期間Ｔ１における波形）と、加熱用レーザ光のエネルギーの時間波形（期間Ｔ２における波形）とが示されている。図７の縦軸は、レーザ光の強度を表し、図７の横軸は、レーザ光が出力される時間を表している。 With reference to FIG.7 and FIG.8, step S3 is demonstrated still in detail. FIG. 7 shows a time waveform of the energy of the compression laser light (waveform in the period T1) and a time waveform of the energy of the heating laser light (waveform in the period T2). The vertical axis in FIG. 7 represents the intensity of the laser beam, and the horizontal axis in FIG. 7 represents the time during which the laser beam is output.
期間Ｔ１は、圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２のそれぞれが圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１のそれぞれによって同時に出力される期間であり、タイミング算出手段７ｂによって算出される圧縮用レーザ光出力タイミングに対応する。圧縮用レーザ５ａ１の圧縮用レーザ光出力タイミングと圧縮用レーザ５ｂ１の圧縮用レーザ光出力タイミングとは同一（期間Ｔ１）である。期間Ｔ１は、期間Ｔ１ａ、期間Ｔ１ｂ、期間Ｔ１ｃを順に含む。期間Ｔ１ｂは期間Ｔ１ａに続き、期間Ｔ１ｃは期間Ｔ１ｂに続く。 The period T1 is a period in which the compression laser light LS1 and the compression laser light LS2 are simultaneously output by the compression laser 5a1 and the compression laser 5b1, respectively, and the compression laser light calculated by the timing calculation unit 7b. Corresponds to the output timing. The compression laser light output timing of the compression laser 5a1 and the compression laser light output timing of the compression laser 5b1 are the same (period T1). The period T1 includes a period T1a, a period T1b, and a period T1c in this order. The period T1b follows the period T1a, and the period T1c follows the period T1b.
期間Ｔ１ａにおける圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２は、比較的に低い強度である。期間Ｔ１ａでは、徐々にターゲットシェルＴｇ１の外表面Ｓｆ１がアブレーションされ、外表面Ｓｆ１の外側からプラズマＰ１が噴出される（図８の（Ａ）部を参照）。そして、プラズマＰ１が外表面Ｓｆ１から外側に向けて噴出されることによる反作用によって、ターゲットシェルＴｇ１の内側（内表面Ｓｆ２の側）が、中心Ｃｔに向かって圧縮される。 The compression laser light LS1 and the compression laser light LS2 in the period T1a have a relatively low intensity. In the period T1a, the outer surface Sf1 of the target shell Tg1 is gradually ablated, and the plasma P1 is ejected from the outside of the outer surface Sf1 (see the part (A) in FIG. 8). The inner side of the target shell Tg1 (the inner surface Sf2 side) is compressed toward the center Ct by the reaction caused by the plasma P1 being ejected outward from the outer surface Sf1.
期間Ｔ１ａの終期において、ターゲットシェルＴｇ１が中心Ｃｔに集まりターゲットシェルＴｇ１の中心部の密度が上昇すると、プラズマＰ１の噴出によって生じターゲットシェルＴｇ１の内側に向かう反作用は低減し、ターゲットシェルＴｇ１に対する圧縮作用が低減する。そこで、期間Ｔ１ａに続く期間Ｔ１ｂでは、圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２の強度を、期間Ｔ１ａにおける圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２の強度から、一気に増加させ、ターゲットシェルＴｇ１に対する圧縮作用を増加させ、ターゲットシェルＴｇ１の中心部の密度を更に上昇させる（図８の（Ｂ）部を参照）。期間Ｔ１ｂにおけるプラズマＰ１の密度は、期間Ｔ１ａにおけるプラズマＰ１の密度に比較して高い。貫通孔Ｈ１に対応する箇所からはプラズマＰ１の噴出が無いので、貫通孔Ｈ１上では、貫通孔Ｈ１以外の外表面Ｓｆ１の他の領域上と比較して、プラズマＰ１の密度が比較的に低い。 When the target shell Tg1 gathers at the center Ct at the end of the period T1a and the density of the center portion of the target shell Tg1 increases, the reaction caused by the ejection of the plasma P1 toward the inside of the target shell Tg1 is reduced, and the compression action on the target shell Tg1 Is reduced. Therefore, in the period T1b following the period T1a, the intensities of the compression laser light LS1 and the compression laser light LS2 are increased at a stretch from the intensities of the compression laser light LS1 and the compression laser light LS2 in the period T1a, and the target shell Tg1 Is increased, and the density of the center portion of the target shell Tg1 is further increased (see the portion (B) in FIG. 8). The density of the plasma P1 in the period T1b is higher than the density of the plasma P1 in the period T1a. Since the plasma P1 is not ejected from the portion corresponding to the through hole H1, the density of the plasma P1 is relatively lower on the through hole H1 than on other regions of the outer surface Sf1 other than the through hole H1. .
期間Ｔ１ｃにおける圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２は、期間Ｔ１ｂにおける圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２の強度の最大値を有し、この値に強度が維持される（図８の（Ｃ）部を参照）。期間Ｔ１ｃにおけるプラズマＰ１の密度は、期間Ｔ１ａ及び期間Ｔ１ｂにおけるプラズマＰ１の密度に比較して高い。以上のように、圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２は、期間Ｔ１の後半部（期間Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃ）において強度が一気に上昇するテーラードパルスになっている。期間Ｔ１における圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２の照射によって、ターゲットシェルＴｇ１の内部には、プラズマ（図９に示すプラズマＰ２に対応）が生成される。 The compression laser light LS1 and the compression laser light LS2 in the period T1c have the maximum values of the intensity of the compression laser light LS1 and the compression laser light LS2 in the period T1b, and the intensity is maintained at these values (FIG. 8). (See part (C)). The density of the plasma P1 in the period T1c is higher than the density of the plasma P1 in the periods T1a and T1b. As described above, the compression laser light LS1 and the compression laser light LS2 are tailored pulses whose intensity increases at a stretch in the latter half of the period T1 (periods T1b and T1c). Plasma (corresponding to plasma P2 shown in FIG. 9) is generated inside the target shell Tg1 by irradiation with the compression laser light LS1 and the compression laser light LS2 in the period T1.
期間Ｔ１に続く期間Ｔ２は、加熱用レーザ光ＬＳ３が加熱用レーザ６ａ１によって出力される期間であり、タイミング算出手段７ｂによって算出される加熱用レーザ光出力タイミングに対応する。期間Ｔ２における加熱用レーザ光ＬＳ３は、圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２に比較して高エネルギーである。加熱用レーザ光ＬＳ３が貫通孔Ｈ１に入射すると、加熱用レーザ光ＬＳ３によって、内表面Ｓｆ２の側における貫通孔Ｈ１の開口の近傍において、高速電子及びイオンが発生し、この発生した高速電子及びイオンによって、期間Ｔ１において生成されたターゲットシェルＴｇ１の内部のプラズマＰ２（図９を参照）が加熱され、核融合反応が引き起こされる（図８の（Ｄ）部を参照）。 A period T2 following the period T1 is a period in which the heating laser light LS3 is output by the heating laser 6a1, and corresponds to the heating laser light output timing calculated by the timing calculation unit 7b. The heating laser beam LS3 in the period T2 has higher energy than the compression laser beam LS1 and the compression laser beam LS2. When the heating laser beam LS3 enters the through hole H1, the heating laser beam LS3 generates fast electrons and ions in the vicinity of the opening of the through hole H1 on the inner surface Sf2 side, and the generated fast electrons and ions are generated. As a result, the plasma P2 (see FIG. 9) inside the target shell Tg1 generated in the period T1 is heated to cause a nuclear fusion reaction (see part (D) of FIG. 8).
次に、図９を参照して、ターゲットシェルＴｇ１を、従来の金コーン付きターゲットＴｇ−ｐと比較する。図９の（Ａ）部に、金コーン付きターゲットＴｇ−ｐの構成の概略を示す。図９の（Ｂ）部に、ターゲットシェルＴｇ１の構成の概略を示す。金コーン付きターゲットＴｇ−ｐは、金コーンＣｎとＣＤ球体Ｓｈを有する。金コーンＣｎは、金等の金属から成る。ＣＤ球体Ｓｈは、炭素（Ｃ）と、重水素（Ｄ）等とを含む高分子から成る。金コーンＣｎは、円錐状の形状を有し、円錐の内側（円錐の内側面の側）には空隙Ｓａ２（空洞）が形成され、円錐の先端Ｐａは閉じている（開口ではない）。金コーンＣｎの先端Ｐａは、ＣＤ球体Ｓｈの内部Ｓａ１に到達しているが、金コーンＣｎの内側の空隙Ｓａ２は、ＣＤ球体Ｓｈの内部Ｓａ１に到達していない。加熱用レーザ光ＬＳ３は、プリパルスＰＬ１と、プリパルスＰＬ１の後に発生しプリパルスＰＬ１よりも高いエネルギーのメインパルスＰＬ２とを含む場合がある。メインパルスＰＬ２は、核融合反応を引き起こすためのエネルギーをターゲットに供給する。プリパルスＰＬ１が発生する場合、金コーン付きターゲットＴｇ−ｐには、プリパルスＰＬ１によるプラズマＰ３が、金コーンＣｎの内側の空隙Ｓａ２に発生する。メインパルスＰＬ２の一部は、金コーンＣｎに衝突する前に、プリパルスＰＬ１によって金コーンＣｎの内側の空隙Ｓａ２に発生したプラズマＰ３に衝突するので、メインパルスＰＬ２から、ＣＤ球体Ｓｈの空隙Ｓａ２のプラズマＰ２ａ（ＣＤ球体Ｓｈが圧縮されることによってＣＤ球体Ｓｈの内部Ｓａ１の中心部に生じるプラズマ）に供給されるエネルギーは、プリパルスＰＬ１が無い場合に比較して、低減される。 Next, referring to FIG. 9, the target shell Tg1 is compared with a conventional target Tg-p with a gold cone. The outline of the configuration of the target Tg-p with a gold cone is shown in part (A) of FIG. FIG. 9B shows a schematic configuration of the target shell Tg1. The target Tg-p with a gold cone has a gold cone Cn and a CD sphere Sh. The gold cone Cn is made of a metal such as gold. The CD sphere Sh is made of a polymer containing carbon (C), deuterium (D), and the like. The gold cone Cn has a conical shape, and a gap Sa2 (cavity) is formed inside the cone (on the inner side of the cone), and the tip Pa of the cone is closed (not an opening). The tip Pa of the gold cone Cn reaches the inside Sa1 of the CD sphere Sh, but the inner space Sa2 of the gold cone Cn does not reach the inside Sa1 of the CD sphere Sh. The laser beam LS3 for heating may include a pre-pulse PL1 and a main pulse PL2 generated after the pre-pulse PL1 and having higher energy than the pre-pulse PL1. The main pulse PL2 supplies energy for causing a fusion reaction to the target. When the prepulse PL1 is generated, the plasma P3 by the prepulse PL1 is generated in the gap Sa2 inside the gold cone Cn on the target Tg-p with the gold cone. A part of the main pulse PL2 collides with the plasma P3 generated in the gap Sa2 inside the gold cone Cn by the pre-pulse PL1 before colliding with the gold cone Cn. Therefore, from the main pulse PL2 to the gap Sa2 of the CD sphere Sh. The energy supplied to the plasma P2a (plasma generated in the center portion of the internal Sa1 of the CD sphere Sh when the CD sphere Sh is compressed) is reduced compared to the case where there is no prepulse PL1.
一方、ターゲットシェルＴｇ１は、従来の金コーンＣｎを有さず、貫通孔Ｈ１を有する。プリパルスＰＬ１は、ターゲットシェルＴｇ１の内側の空隙Ｓｐにあって内表面Ｓｆ２の側における貫通孔Ｈ１の開口の近傍において、プラズマＰ４を発生させ、プリパルスＰＬ１の後に照射されるメインパルスＰＬ２の一部又は全部は、このプラズマＰ４に衝突し、この衝突によって発生する高速電子が（または、このプラズマＰ４との衝突が回避されたメインパルスＰＬ２の一部が直接に）、期間Ｔ１の間にターゲットシェルＴｇ１の中心部（中心Ｃｔ）に発生したプラズマＰ２と衝突し、この中心部のプラズマＰ２を加熱する。ターゲットシェルＴｇ１の場合にプリパルスＰＬ１によってターゲットシェルＴｇ１の内側の空隙Ｓｐで発生するプラズマＰ４は、プリパルスＰＬ１によって金コーンＣｎの内側の空隙Ｓａ２で発生するプラズマＰ３よりも、ターゲットの中心部のプラズマ（ターゲットシェルＴｇ１の場合にはプラズマＰ２であり、金コーン付きターゲットＴｇ−ｐの場合にはプラズマＰ２ａ。）により近いので、プリパルスＰＬ１の後に照射されるメインパルスＰＬ２のエネルギーは、ターゲットシェルＴｇ１の場合のほうが、従来の金コーン付きターゲットＴｇ−ｐの場合に比較して、より多くターゲットの中心部のプラズマに供給される。また、ターゲットシェルＴｇ１の場合、加熱用レーザ光ＬＳ３は、金コーンＣｎを介さずに、ターゲットシェルＴｇ１の貫通孔Ｈ１に直接に照射されるので、従来の金コーン付きターゲットＴｇ−ｐの場合に比較して、金コーンＣｎによるエネルギーの損失を考慮する必要がなく、ターゲットシェルＴｇ１の中心部のプラズマＰ２に供給されるエネルギーの制御がより正確に、容易に行える。また、金コーンＣｎを用いた場合、重イオンである金イオンの加速が困難なことから、イオンによる加熱の寄与は余りない。 On the other hand, the target shell Tg1 does not have the conventional gold cone Cn but has the through hole H1. The prepulse PL1 is generated in the gap Sp inside the target shell Tg1 and in the vicinity of the opening of the through hole H1 on the inner surface Sf2 side, generates a plasma P4, and a part of the main pulse PL2 irradiated after the prepulse PL1 or All of them collide with the plasma P4, and the fast electrons generated by the collision (or a part of the main pulse PL2 in which the collision with the plasma P4 is avoided) are directly applied to the target shell Tg1 during the period T1. It collides with the plasma P2 generated in the central part (center Ct) of this, and the plasma P2 in the central part is heated. In the case of the target shell Tg1, the plasma P4 generated in the gap Sp inside the target shell Tg1 by the prepulse PL1 is more plasma (3) than the plasma P3 generated in the gap Sa2 inside the gold cone Cn by the prepulse PL1. In the case of the target shell Tg1, it is the plasma P2, and in the case of the target Tg-p with the gold cone, it is closer to the plasma P2a.), The energy of the main pulse PL2 irradiated after the prepulse PL1 is the case of the target shell Tg1. Compared to the case of the conventional target Tg-p with a gold cone, more is supplied to the plasma at the center of the target. In the case of the target shell Tg1, since the heating laser beam LS3 is directly irradiated to the through hole H1 of the target shell Tg1 without passing through the gold cone Cn, in the case of the conventional target Tg-p with a gold cone. In comparison, it is not necessary to consider energy loss due to the gold cone Cn, and the energy supplied to the plasma P2 at the center of the target shell Tg1 can be controlled more accurately and easily. In addition, when the gold cone Cn is used, it is difficult to accelerate the gold ions that are heavy ions, so that the heating by the ions does not contribute much.
更に、ターゲットシェルＴｇ１の場合のプリパルスＰＬ１による影響とターゲットシェルＴｇ２の場合のプリパルスＰＬ１による影響とを比較する。ターゲットシェルＴｇ１の場合には、プリパルスＰＬ１によって内表面Ｓｆ２の側における貫通孔Ｈ１の開口の近傍に生じるプラズマＰ４（一次的なプラズマ）中の電子が、内表面Ｓｆ２のうち中心Ｃｔを挟んで貫通孔Ｈ１と対向する領域に衝突することによって若干のプラズマ（副次的なプラズマ）が更に発生し、内表面Ｓｆ２の側における貫通孔Ｈ１の開口の近傍にまで到達する可能性がある。メインパルスＰＬ２は、プリパルスＰＬ１が直接に引き起こす一次的なプラズマと共に、この若干の副次的なプラズマとも衝突するが、この副次的なプラズマによる影響は一次的なプラズマによる影響に比較して微小であり、従って、従来の金コーン付きターゲットＴｇ−ｐの場合におけるプリパルスＰＬ１によるプラズマの影響に比較して、小さい。これに対し、ターゲットシェルＴｇ２の場合、中心Ｃｔを挟んで貫通孔Ｈ１と対向する領域には貫通孔Ｈ２が設けられているので、ターゲットシェルＴｇ１の場合とは異なり、プリパルスＰＬ１によって内表面Ｓｆ２の側における貫通孔Ｈ１の開口の近傍に生じるプラズマ中の電子は、内表面Ｓｆ２には衝突せず、よって、副次的なプラズマは生じない。 Further, the influence of the prepulse PL1 in the case of the target shell Tg1 is compared with the influence of the prepulse PL1 in the case of the target shell Tg2. In the case of the target shell Tg1, electrons in the plasma P4 (primary plasma) generated in the vicinity of the opening of the through hole H1 on the inner surface Sf2 side by the prepulse PL1 pass through the center Ct of the inner surface Sf2. There is a possibility that some plasma (secondary plasma) is further generated by colliding with the region facing the hole H1 and reaches the vicinity of the opening of the through hole H1 on the inner surface Sf2 side. The main pulse PL2 collides with this secondary plasma together with the primary plasma directly caused by the prepulse PL1, but the influence of this secondary plasma is very small compared to the influence of the primary plasma. Therefore, it is smaller than the influence of the plasma by the prepulse PL1 in the case of the conventional target Tg-p with a gold cone. On the other hand, in the case of the target shell Tg2, since the through hole H2 is provided in a region facing the through hole H1 across the center Ct, unlike the case of the target shell Tg1, the inner surface Sf2 is caused by the prepulse PL1. Electrons in the plasma generated in the vicinity of the opening of the through hole H1 on the side do not collide with the inner surface Sf2, so that no secondary plasma is generated.
本実施形態に係るレーザ核融合装置１と核融合生成方法では、核融合反応を生じさせるターゲットとして、中空の球殻状の形状を有するターゲットシェルＴｇ１が用いられ、ターゲットシェルＴｇ１は、ターゲットシェルＴｇ１の外側とターゲットシェルＴｇ１の内側の空隙Ｓｐとを繋ぎ加熱用レーザ光ＬＳ３をターゲットシェルＴｇ１の内側の空隙Ｓｐに導く貫通孔Ｈ１が設けられ、従来のような金コーンＣｎを有さない構成を有する。従って、加熱用レーザ光ＬＳ３は従来のような金コーンＣｎを介さずに貫通孔Ｈ１によってターゲットシェルＴｇ１の内側の空隙Ｓｐに直接に案内されるので、金コーンＣｎによる影響を考慮する必要が無く、ターゲットシェルＴｇ１の空隙Ｓｐの中心部のプラズマＰ２に供給されるエネルギーが容易に制御可能となる。 In the laser fusion apparatus 1 and the fusion generation method according to the present embodiment, a target shell Tg1 having a hollow spherical shell shape is used as a target for causing a fusion reaction, and the target shell Tg1 is the target shell Tg1. Is provided with a through-hole H1 that connects the outside of the gap to the gap Sp inside the target shell Tg1 and guides the heating laser beam LS3 to the gap Sp inside the target shell Tg1, and does not have a conventional gold cone Cn. Have. Therefore, since the heating laser beam LS3 is directly guided to the gap Sp inside the target shell Tg1 by the through hole H1 without passing through the conventional gold cone Cn, there is no need to consider the influence of the gold cone Cn. The energy supplied to the plasma P2 at the center of the gap Sp of the target shell Tg1 can be easily controlled.
更に、ターゲットシェルＴｇ２の場合、貫通孔Ｈ１及び貫通孔Ｈ２が対向する位置に設けられているので、一方の貫通孔Ｈ１からターゲットシェルＴｇ２の内側の空隙Ｓｐに加熱用レーザ光ＬＳ３が照射された場合に、この加熱用レーザ光ＬＳ３によって、この貫通孔Ｈ１の開口付近にプラズマＰ４が発生しても、このプラズマＰ４から生じる電子が、ターゲットシェルＴｇ２の内表面Ｓｆ２であってこの貫通孔Ｈ２の開口に対向する側に衝突することが無く、よって、ターゲットシェルＴｇ２の内側において副次的なプラズマの発生が抑制できる。更に、ターゲットシェルＴｇ１及びターゲットシェルＴｇ２は、何れも、炭素原子と、水素、重水素及び三重水素とを含むので、核融合を好適に発生させることができる。 Further, in the case of the target shell Tg2, since the through hole H1 and the through hole H2 are provided at positions facing each other, the heating laser beam LS3 is irradiated from one through hole H1 to the space Sp inside the target shell Tg2. In this case, even if the plasma P4 is generated near the opening of the through hole H1 by the heating laser beam LS3, the electrons generated from the plasma P4 are the inner surface Sf2 of the target shell Tg2, and the through hole H2 There is no collision with the side facing the opening, and therefore, generation of secondary plasma can be suppressed inside the target shell Tg2. Furthermore, since both the target shell Tg1 and the target shell Tg2 contain carbon atoms and hydrogen, deuterium, and tritium, nuclear fusion can be suitably generated.
（実施例）
図１０に、ターゲットシェルＴｇ２の実施例（実施例ターゲットという）を用いた場合の測定結果と、従来の金コーン付きターゲットＴｇ−ｐの実施例（従来ターゲットという）を用いた場合の測定結果とを示す。図１０の横軸は、実施例ターゲットと、従来の従来ターゲットとに照射されるレーザ光のエネルギーを表しており、図１０の縦軸は、核融合反応によって実施例ターゲット及び従来ターゲットのそれぞれから発生した中性子の総数を表している。
(Example)
FIG. 10 shows a measurement result when using an example of target shell Tg2 (referred to as an example target), and a measurement result when using an example of target Tg-p with a conventional gold cone (referred to as a conventional target). Indicates. The horizontal axis of FIG. 10 represents the energy of the laser beam irradiated to the example target and the conventional conventional target, and the vertical axis of FIG. 10 represents each of the example target and the conventional target by the fusion reaction. It represents the total number of neutrons generated.
測定結果Ｇ１〜Ｇ４は、実施例ターゲットを用いた場合の測定結果を表している。測定結果Ｇ１〜Ｇ４が得られた実施例ターゲットは、直径が５００μｍ程度であり、殻の厚み（外表面Ｓｆ１と内表面Ｓｆ２との間の距離に対応）は７μｍ程度であり、貫通孔Ｈ１に対応する貫通孔の直径と、貫通孔Ｈ２に対応する貫通孔の直径とは、何れも２５０μｍ程度であった。測定結果Ｇ１〜Ｇ４が得られた圧縮用レーザ光は二本であり（圧縮用レーザ光ＬＳ１と圧縮用レーザ光ＬＳ２とに対応）、この二本の圧縮用レーザ光の時間パルス幅は、何れも、１．３ナノ秒程度であり、測定結果Ｇ１〜Ｇ４が得られた二本の圧縮用レーザ光のエネルギーは、何れも、３００Ｊ程度であった。二本の圧縮用レーザ光の照射によって、圧縮用レーザ光の照射期間内に１×１０６個の中性子を測定した。圧縮用レーザ光の照射に続き、１．５ｐｓ（ピコ秒）程度の時間パルス幅と６００Ｊ程度のエネルギーとを有する一本の加熱用レーザ光（加熱用レーザ光ＬＳ３に対応）を照射して核融合反応を生成し、この加熱用レーザ光の照射期間内に５×１０８個の中性子を測定した（測定結果Ｇ４）。更に、圧縮用レーザ光の照射に続き、１．５ｐｓ（ピコ秒）程度の時間パルス幅と５００Ｊ程度のエネルギーとを有する加熱用レーザ光（加熱用レーザ光ＬＳ３に対応）を照射して核融合反応を生成し、この加熱用レーザ光の照射期間内に１×１０８個の中性子を測定した（測定結果Ｇ４）。 The measurement results G1 to G4 represent the measurement results when using the example target. The example target from which the measurement results G1 to G4 were obtained has a diameter of about 500 μm, the thickness of the shell (corresponding to the distance between the outer surface Sf1 and the inner surface Sf2) is about 7 μm, and the through hole H1 The diameter of the corresponding through hole and the diameter of the through hole corresponding to the through hole H2 were both about 250 μm. There are two compression laser beams from which the measurement results G1 to G4 are obtained (corresponding to the compression laser beam LS1 and the compression laser beam LS2), and the time pulse width of the two compression laser beams is any The energy of the two compression laser beams from which the measurement results G1 to G4 were obtained was about 300 J. By irradiating two compression laser beams, 1 × 10 6 neutrons were measured within the irradiation period of the compression laser beams. Following irradiation of the compression laser beam, a single heating laser beam (corresponding to the heating laser beam LS3) having a time pulse width of about 1.5 ps (picoseconds) and an energy of about 600 J is irradiated to form a nucleus. A fusion reaction was generated, and 5 × 10 8 neutrons were measured within the irradiation period of the laser beam for heating (measurement result G4). Further, following irradiation of the compression laser beam, nuclear fusion is performed by irradiating a heating laser beam (corresponding to the heating laser beam LS3) having a time pulse width of about 1.5 ps (picosecond) and an energy of about 500 J. A reaction was generated, and 1 × 10 8 neutrons were measured within the irradiation period of the heating laser beam (measurement result G4).
測定結果Ｇ５，Ｇ６は、従来ターゲットを用いた場合の測定結果を表している。測定結果Ｇ５，Ｇ６が得られた従来ターゲットは、金コーンの先端とＣＤ球体の中心との距離が５０μｍの程度となるまで金コーンをＣＤ球体の内側に侵入させた構成であった。この従来ターゲットの球殻状のＣＤ球体の直径は５００μｍ程度であり、ＣＤ球体の殻の厚み（ＣＤ球体の外表面と内表面との間の距離）は７μｍ程度であり、円錐状の金コーンの壁厚は１０μｍ〜２０μｍの程度であった。従来ターゲットに照射した圧縮用レーザ光は９から１２本であり、圧縮用レーザ光の総エネルギーは１．５から４．５ｋＪであり、それぞれの圧縮用レーザ光の時間パルス幅は、何れも、１．５ｎｓであった。圧縮用レーザ光の照射に続き従来ターゲットに照射した加熱用レーザ光は１本であり、この加熱用レーザ光のエネルギーは３００Ｊであり、時間パルス幅は１ｐｓ（ピコ秒）であった。加熱用レーザ光を従来ターゲットに照射して核融合反応を生成し、この加熱用レーザ光の照射期間内に最大３．５×１０７個の中性子を測定した（測定結果Ｇ５，Ｇ６）。 Measurement results G5 and G6 represent measurement results when using a conventional target. The conventional target from which the measurement results G5 and G6 were obtained had a configuration in which the gold cone was allowed to enter the inside of the CD sphere until the distance between the tip of the gold cone and the center of the CD sphere reached about 50 μm. The diameter of this conventional spherical shell-shaped CD sphere is about 500 μm, the thickness of the shell of the CD sphere (the distance between the outer surface and the inner surface of the CD sphere) is about 7 μm, and the conical gold cone The wall thickness was about 10 μm to 20 μm. Conventionally, the target has 9 to 12 compression laser beams, the total energy of the compression laser beams is 1.5 to 4.5 kJ, and the time pulse width of each compression laser beam is It was 1.5 ns. Conventionally, there was one heating laser beam irradiated to the target following the compression laser beam irradiation, the energy of the heating laser beam was 300 J, and the time pulse width was 1 ps (picosecond). A conventional laser beam was irradiated with a heating laser beam to generate a fusion reaction, and a maximum of 3.5 × 10 7 neutrons were measured within the irradiation period of the heating laser beam (measurement results G5 and G6).
図６に示す測定結果によれば、ターゲットシェルＴｇ２に対応する実施例ターゲットを用いた場合は、従来の金コーン付きターゲットを用いた場合に比較して、照射したレーザ光の総エネルギー（圧縮用レーザ光のエネルギーと加熱用レーザ光のエネルギーの総和）が約１／３となっているのに対し、発生した中性子の総数は、一桁以上、上回っていた。 According to the measurement results shown in FIG. 6, when the target of the example corresponding to the target shell Tg <b> 2 is used, the total energy of the irradiated laser light (for compression) is compared with the case of using the conventional gold cone target. The total number of neutrons generated was more than an order of magnitude, while the sum of the energy of the laser light and the energy of the laser light for heating was about 1/3.
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。 While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.
１…レーザ核融合装置、２…チャンバ、３…ターゲットシェル供給装置、４…ターゲットシェル監視装置、５１，６１…レーザ発振器、５２，６３…波形制御装置、５３，６４…レーザ増幅器、５４…波長変換装置、５ａ，５ｂ…圧縮用レーザ出力装置、５ａ１，５ｂ１…圧縮用レーザ、５ａ２，５ｂ２…圧縮用集光光学装置、６…加熱用レーザ出力装置、６２…パルス伸長器、６５…パルス圧縮器、６ａ１…加熱用レーザ、６ａ２…加熱用集光光学装置、７…制御装置、７ａ…ターゲットシェル供給手段、７ｂ…タイミング算出手段、７ｃ…集光手段、７ｄ…出力手段、Ａｒ１，Ａｒ２…照射領域、Ａｘ…中心軸、Ｃｎ…金コーン、Ｃｔ…中心、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…進行方向、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６…測定結果、Ｈ１，Ｈ２…貫通孔、Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ…制御用の信号ライン、Ｌ２…レーザ出力用の信号ライン、ＬＳ１，ＬＳ２…圧縮用レーザ光、ＬＳ３…加熱用レーザ光、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ２ａ，Ｐ３，Ｐ４…プラズマ、Ｐａ…先端、ＰＬ１…プリパルス、ＰＬ２…メインパルス、ＲＰ１…基準地点、Ｓａ１…内部、Ｓａ２…空隙、Ｓｆ１…外表面、Ｓｆ２…内表面、Ｓｈ…ＣＤ球体、Ｓｐ…空隙、Ｔ１，Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃ，Ｔ２…期間、Ｔｇ１，Ｔｇ２…ターゲットシェル、Ｔｇ−ｐ…金コーン付きターゲット。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser fusion apparatus, 2 ... Chamber, 3 ... Target shell supply apparatus, 4 ... Target shell monitoring apparatus, 51, 61 ... Laser oscillator, 52, 63 ... Waveform control apparatus, 53, 64 ... Laser amplifier, 54 ... Wavelength Conversion device, 5a, 5b ... laser output device for compression, 5a1, 5b1 ... laser for compression, 5a2, 5b2 ... condensing optical device for compression, 6 ... laser output device for heating, 62 ... pulse stretcher, 65 ... pulse compression 6a1 ... heating laser, 6a2 ... condensing optical device for heating, 7 ... control device, 7a ... target shell supply means, 7b ... timing calculation means, 7c ... condensing means, 7d ... output means, Ar1, Ar2 ... Irradiation area, Ax ... center axis, Cn ... gold cone, Ct ... center, D1, D2, D3 ... traveling direction, G1, G2, G3, G4, G5, G6 ... measurement results, H1, H2 Through hole, L1a, L1b ... control signal line, L2 ... laser output signal line, LS1, LS2 ... compression laser light, LS3 ... heating laser light, P1, P2, P2a, P3, P4 ... plasma, Pa ... tip, PL1 ... pre-pulse, PL2 ... main pulse, RP1 ... reference point, Sa1 ... inside, Sa2 ... gap, Sf1 ... outer surface, Sf2 ... inner surface, Sh ... CD sphere, Sp ... gap, T1, T1a, T1b , T1c, T2 ... period, Tg1, Tg2 ... target shell, Tg-p ... target with gold cone.
Claims (6)
核融合反応を生じさせるターゲットシェルと、
前記ターゲットシェルが核融合反応を起こすチャンバと、
前記チャンバの内側の基準地点に前記ターゲットシェルを供給するターゲットシェル供給装置と、
前記ターゲットシェル供給装置によって前記チャンバに供給された前記ターゲットシェルの状態を監視するターゲットシェル監視装置と、
前記ターゲットシェルを圧縮するための圧縮用レーザ光を前記ターゲットシェルに向けて出力する圧縮用レーザ出力装置と、
前記ターゲットシェルを加熱するための加熱用レーザ光を前記ターゲットシェルに向けて出力する加熱用レーザ出力装置と、
前記ターゲットシェル供給装置と前記圧縮用レーザ出力装置と前記加熱用レーザ出力装置とを制御する制御装置と、
を備え、
前記ターゲットシェルは、中空の球殻状の形状を有し、
前記ターゲットシェルの内側には、前記ターゲットシェルの内表面によって画定される球状の空隙が設けられ、
前記ターゲットシェルには、前記ターゲットシェルの外側と前記ターゲットシェルの内側の前記空隙とを繋ぐ少なくとも一つの貫通孔が設けられ、
前記ターゲットシェルの外表面は、圧縮用レーザ光の照射が予定されている照射領域を含み、
前記圧縮用レーザ出力装置は、
前記ターゲットシェルを圧縮するための圧縮用レーザ光を出力する圧縮用レーザと、
前記圧縮用レーザから出力される圧縮用レーザ光を前記ターゲットシェルの前記照射領域に向け集光する圧縮用集光光学装置と、
を有し、
前記加熱用レーザ出力装置は、
前記ターゲットシェルを加熱するための加熱用レーザ光を出力する加熱用レーザと、
前記加熱用レーザから出力される加熱用レーザ光を前記ターゲットシェルの前記貫通孔に向け集光する加熱用集光光学装置と、
を有し、
前記制御装置は、
前記ターゲットシェルを前記チャンバに供給するよう前記ターゲットシェル供給装置を制御するターゲットシェル供給手段と、
前記ターゲットシェル供給手段によって供給される前記ターゲットシェルが前記基準地点に到達する到達タイミングを前記ターゲットシェル監視装置による監視結果に基づいて算出し、前記到達タイミングに基づいて、前記圧縮用レーザが圧縮用レーザ光を出力する圧縮用レーザ光出力タイミングと、前記圧縮用レーザ光出力タイミングに続き前記加熱用レーザが加熱用レーザ光を出力する加熱用レーザ光出力タイミングと、を算出するタイミング算出手段と、
前記圧縮用レーザから出力される圧縮用レーザ光が、前記タイミング算出手段によって算出された前記圧縮用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記照射領域に向けて集光されるように、前記圧縮用集光光学装置を前記ターゲットシェル監視装置による監視結果に基づいて制御し、前記加熱用レーザから出力される加熱用レーザ光が、前記タイミング算出手段によって算出された前記加熱用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記貫通孔に向けて集光されるように、前記加熱用集光光学装置を前記ターゲットシェル監視装置による監視結果に基づいて制御する集光手段と、
前記集光手段によって前記圧縮用集光光学装置と前記加熱用集光光学装置とが制御された後に、前記タイミング算出手段によって算出された前記圧縮用レーザ光出力タイミングで圧縮用レーザ光を出力するよう前記圧縮用レーザを制御し、前記タイミング算出手段によって算出された前記加熱用レーザ光出力タイミングで加熱用レーザ光を出力するよう前記加熱用レーザを制御する出力手段と、
を有する、
レーザ核融合装置。 A laser fusion device,
A target shell that causes a fusion reaction;
A chamber in which the target shell undergoes a fusion reaction;
A target shell supply device for supplying the target shell to a reference point inside the chamber;
A target shell monitoring device for monitoring the state of the target shell supplied to the chamber by the target shell supply device;
A compression laser output device that outputs a compression laser beam for compressing the target shell toward the target shell;
A heating laser output device that outputs a heating laser beam for heating the target shell toward the target shell;
A control device for controlling the target shell supply device, the compression laser output device, and the heating laser output device;
With
The target shell has a hollow spherical shell shape,
Inside the target shell is provided a spherical void defined by the inner surface of the target shell,
The target shell is provided with at least one through hole that connects the outside of the target shell and the gap inside the target shell,
The outer surface of the target shell includes an irradiation region where irradiation with a compression laser beam is scheduled,
The compression laser output device is:
A compression laser that outputs a compression laser beam for compressing the target shell;
A condensing optical device for compression that condenses the compression laser light output from the compression laser toward the irradiation region of the target shell;
Have
The heating laser output device is:
A heating laser that outputs a heating laser beam for heating the target shell;
A heating condensing optical device for condensing the heating laser light output from the heating laser toward the through hole of the target shell;
Have
The control device includes:
Target shell supply means for controlling the target shell supply device to supply the target shell to the chamber;
The arrival timing at which the target shell supplied by the target shell supply means reaches the reference point is calculated based on the monitoring result by the target shell monitoring device, and the compression laser is used for compression based on the arrival timing. Timing calculation means for calculating a compression laser beam output timing for outputting a laser beam, and a heating laser beam output timing at which the heating laser outputs a heating laser beam following the compression laser beam output timing;
The compression laser light output from the compression laser is condensed toward the irradiation region of the target shell at the compression laser light output timing calculated by the timing calculation means. The condensing optical device is controlled based on the monitoring result by the target shell monitoring device, and the heating laser beam output from the heating laser is the heating laser beam output timing calculated by the timing calculating unit. Condensing means for controlling the condensing optical device for heating based on a monitoring result by the target shell monitoring device so that the light is condensed toward the through hole of the target shell;
After the condensing optical device for compression and the condensing optical device for heating are controlled by the condensing unit, the compression laser beam is output at the compression laser beam output timing calculated by the timing calculating unit. Output means for controlling the heating laser so as to output the heating laser light at the heating laser light output timing calculated by the timing calculating means.
Having
Laser fusion device.
二つの前記貫通孔は、前記ターゲットシェルの中心を通る中心軸に沿って延びており、前記中心を挟んで互いに対向している、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ核融合装置。 The target shell is provided with two through holes,
The two through-holes extend along a central axis passing through the center of the target shell, and are opposed to each other across the center.
The laser fusion device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ核融合装置。 The target shell is a polymer containing deuterium or tritium.
The laser fusion apparatus according to claim 1 or 2, wherein
核融合反応を生じさせるターゲットシェルをチャンバに供給する供給工程と、
前記供給工程の後に、前記ターゲットシェルを圧縮するための圧縮用レーザ光と圧縮後の前記ターゲットシェルを加熱するための加熱用レーザ光とを照射するための準備をする準備工程と、
前記準備工程の後に、圧縮用レーザ光と加熱用レーザ光とを順に前記ターゲットシェルに照射する照射工程と、
を備え、
前記ターゲットシェルは、中空の球殻状の形状を有し、
前記ターゲットシェルの内側には、前記ターゲットシェルの内表面によって画定される球状の空隙が設けられ、
前記ターゲットシェルには、前記ターゲットシェルの外側と前記ターゲットシェルの内側の前記空隙とを繋ぐ少なくとも一つの貫通孔が設けられ、
前記ターゲットシェルの外表面は、圧縮用レーザ光の照射が予定されている照射領域を含み、
前記準備工程は、
前記供給工程において前記チャンバに供給された前記ターゲットシェルの状態を監視しつつ、監視結果に基づいて、圧縮用レーザ光を出力する圧縮用レーザ光出力タイミングと加熱用レーザ光を出力する加熱用レーザ光出力タイミングとを算出する算出工程と、
前記監視結果に基づいて、圧縮用レーザ光が、前記圧縮用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記照射領域に向け集光されるようにし、加熱用レーザ光が、前記加熱用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記貫通孔に向け集光されるようにする集光工程と、
を有し、
前記照射工程では、
前記圧縮用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記照射領域に圧縮用レーザ光を照射し、圧縮用レーザ光の照射に続く前記加熱用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記貫通孔に加熱用レーザ光を照射する、
核融合生成方法。 A fusion generation method,
Supplying a chamber with a target shell for causing a fusion reaction;
After the supplying step, a preparation step of preparing to irradiate a compression laser beam for compressing the target shell and a heating laser beam for heating the compressed target shell;
An irradiation step of sequentially irradiating the target shell with a compression laser beam and a heating laser beam after the preparation step;
With
The target shell has a hollow spherical shell shape,
Inside the target shell is provided a spherical void defined by the inner surface of the target shell,
The target shell is provided with at least one through hole that connects the outside of the target shell and the gap inside the target shell,
The outer surface of the target shell includes an irradiation region where irradiation with a compression laser beam is scheduled,
The preparation step includes
While monitoring the state of the target shell supplied to the chamber in the supplying step, based on the monitoring result, the laser beam output timing for outputting the compression laser beam and the heating laser that outputs the heating laser beam A calculation step of calculating optical output timing;
Based on the monitoring result, the compression laser beam is condensed toward the irradiation region of the target shell at the compression laser beam output timing, and the heating laser beam is output from the heating laser beam output timing. A condensing step for condensing the target shell toward the through-hole,
Have
In the irradiation step,
The irradiation region of the target shell is irradiated with the compression laser beam at the compression laser beam output timing, and the through hole of the target shell is heated at the heating laser beam output timing following the irradiation of the compression laser beam. Irradiate with laser light,
Fusion generation method.
二つの前記貫通孔は、前記ターゲットシェルの中心を通る中心軸に沿って延びており、前記中心を挟んで互いに対向している、
ことを特徴とする請求項４に記載の核融合生成方法。 The target shell is provided with two through holes,
The two through-holes extend along a central axis passing through the center of the target shell, and are opposed to each other across the center.
The fusion generation method according to claim 4, wherein:
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の核融合生成方法。 The target shell is a polymer containing deuterium or tritium.
The nuclear fusion generation method according to claim 4 or 5, wherein
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